CN116253495A - 一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法。所述快速固化方法是将高含水率疏浚土经化学预处理、机械压滤脱水、无机凝胶稳定后形成性能优良的再生工程填料，再用于工程建设。其中，化学预处理采用的是将浓度1‑2wt%的聚合硫酸氯化铁铝和浓度1‑3wt‰的两性聚丙烯酰胺按照质量比2:1的混合液进行絮凝；再用自动排渣过滤机脱水截留泥浆形成半固态或固态泥饼；最后用碱激凝胶稳定，充分拌合后经工程填筑、养护形成最终稳定土。本发明快速固化方法可使高含水率河道开挖疏浚土在24h内使土体强度达到100kPa以上，固化效果显著，资源经济，环境友好高。
Description
技术领域
本发明主要涉及工程弃土固化再生利用技术工艺领域，具体涉及一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法。
技术背景
江、河、湖、海中既有航道疏浚清淤通常会产生大量高含水率泥浆，即疏浚土。由于其含水率高、压缩性高、承载力低，无法直接用于工程建设，同时，即使对于含水量相对低一些的疏浚土，采用软弱土固化常用的堆存干化、化学稳定(水泥、二灰(石灰+粉煤灰)等无机材料稳定)、生物固化等方式进行再生处理，其亦存在用量大、成本高、成品存在干缩温缩等缺陷，且水泥、生石灰等工业产品本身为高能耗高碳排放产品，不利于资源节约与环境友好，因此，实际中疏浚土更多地只能以堆存处置为主，不仅占用大量土地，固结周期长、还存在环境污染风险。寻找新的资源环境友好固化方法，实现高含水率疏浚土大宗量工程再生利用，已成为疏浚工程领域新技术发展的方向。而如何在满足工程利用性能要求前提下有效减少疏浚土固化时间、固化剂用量则是节约工程成本、减少环境污染风险的关键。
然而截至目前为止，相关成果十分有限。申请号为201811300758.1公开的新型高强度疏浚土固化剂，组分为：水泥6-12重量份，矿粉8-14重量份，粘合剂0.05-0.1重量份，添加剂0.02-0.1重量份，硅烷偶联剂0.05-0.1重量份，端羟基液体聚丁二烯0.1-0.15重量份，二乙氨基乙醇0.1-0.15重量份，纤维球0.01-0.05重量份；申请号为201610367011.2公开的软弱土固化增强剂，组分为：石灰20％-30％，水泥65-80％，增强活化激发剂1％-12.5％，其中，增强活化激发剂由木质素97％、木质素磺酸钠1.75％、硫酸钠0.45％-0.95％、丙烯酰胺1.5％-3％、泡花碱12％-15.5％和五水偏硅酸钠70％-73％构成。上述这些专利主剂为水泥，不利于资源节约和节能减碳。申请号为202111480388.6公开的提高软弱土地基强度的改性材料，包括软弱土65-85重量份，粉煤灰13-14.2重量份，碱活化剂溶液10.4-12.4重量份，黄原胶改性剂0.1-0.3重量份，但该专利局限之处在于碱度过高易导致土体碱化、产生环境污染问题；申请号为202110846500.7公开的高含水率泥浆固化方法是指对高含水率泥浆依次进行絮凝处理和固化处理，但该专利的局限之处在于所用工业材料种类多、成本高昂；申请号为201910160700.X公开的高含水率软土场地高效固化方法是指先按照真空预压等方式进行预压排水，再通过高压注浆进行二次复修加固，但该专利的局限之处在于预压脱水效果差，固化周期过长。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，解决当前高含水率河道开挖疏浚土堆存占用土地及无法直接利用等问题，适用于高含水率软弱土的固化及工程就地再生利用，可有效节约工程成本、减少环境污染，社会经济效益显著。
为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，将高含水率疏浚土经化学预处理、机械压滤实现快速脱水、无机凝胶稳定后形成性能优良的再生工程填料，最后通过养护形成稳定土。
作为改进的是，所述化学预处理的具体步骤为：用浓度为1-2wt％的聚合硫酸氯化铁铝和1-3wt‰的两性聚丙烯酰胺溶液按质量比为2:1制备絮凝混合液，向高含水率疏浚土中掺入占高含水率疏浚土3-5wt％的絮凝混合液进行化学絮凝沉淀处理，通过充分搅拌后静置30-40min，获得初始高含水率泥浆。
作为改进的是，所述机械压滤脱水的具体步骤为：利用自动排渣过滤机过滤初始高含水率泥浆，使其变为半固态状或固态泥饼，其含水量不大于35％，过滤精度范围为0.2-100μm。
作为改进的是，所述无机凝胶稳定是向半固态状或固态泥饼中掺入占高含水率疏浚土10-20wt％的碱激凝胶，具体步骤为：在泥饼堆存场均匀覆撒2-3cm厚固化剂，借助翻土机深翻，直至多点采样后固化剂剂量差异很小，不再复翻，从而形成可再利用于工程的填料，最后，再将其用于工程填筑，经养护形成稳定土。
进一步改进的是，所述的碱激凝胶由钢渣粉、矿粉、生石灰、硅酸钠和羟基化氧化石墨烯粉体混合而成，且对应的质量掺比为27-36wt％、13-18wt％、13-16wt％、27-30wt％和0.03-0.06‰，钢渣粉、矿粉、生石灰、硅酸钠和羟基化氧化石墨烯粉体的粒径均小于200目。
进一步改进的是，所述养护的温度为20±3℃，相对湿度为95％。
有益效果
与现有技术相比，本发明一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，具有如下优势：
(1)可实现工业固废(钢渣和矿渣)高值绿色低碳资源化再利用；
(2)避免使用水泥，降低成本，减少碳排放，有利于资源节约与经济环保；
(3)高效固化高含水率疏浚土，可为工程提供新的填料供应途径，同时，亦可有效缩短高含水率疏浚土固化时间，加快工程实施进度；
(4)实施方法简单可行，节约土地，可有效节约工程成本、减少环境污染，社会经济效益显著。
附图说明
图1为一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法的流程图；
图2为不同絮凝剂完成絮凝沉淀处理时间；
图3为不同温度的固化土强度变化。
具体实施方案
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施步骤包括：
1.使用聚合硫酸氯化铁铝和两性聚丙烯酰胺制备质量比为2:1、浓度为1-2wt％的絮凝混合液，并将其按占高含水率疏浚土3-5wt％的比例掺入高含水率疏浚土中进行化学絮凝沉淀处理，通过充分搅拌后静置30-40min，获得初始高含水率泥浆；
2.利用自动排渣过滤机过滤初始高含水率泥浆，使其变为含水量不大于35％的半固态状或固态泥饼，过滤精度范围为0.2-100μm；
3.利用钢渣粉、矿粉、生石灰、硅酸钠和羟基化氧化石墨烯制备碱激凝胶，并将其均匀覆撒于堆存场半固态状或固态泥饼表面，借助翻土机深翻，直至多点采样后固化剂剂量差异很小则不再复翻，从而形成可再利用于工程的填料；
4.将所形成的疏浚土再生填料用于工程填筑，标准养护至指定龄期，形成稳定土。
实施例1
首先对高含水率疏浚土进行絮凝沉淀处理，取高含水率疏浚土500g，分别使用聚合硫酸氯化铁铝、两性聚丙烯酰胺、聚合硫酸氯化铁铝和两性聚丙烯酰胺(质量比为2:1)制备浓度均为2wt％的絮凝液，并将其按占高含水率疏浚土3-5wt％的比例掺入高含水率疏浚土中进行化学絮凝沉淀处理，通过充分搅拌后静置，观察其形成初始高含水率泥浆所需时间，按表1方案进行试验，
表1絮凝沉淀试验方案与结果
图2为不同絮凝剂完成絮凝沉淀时间的结果，从图中可以看出，采用相同絮凝剂浓度及掺量絮凝沉淀处理同等高含水率疏浚土量时，使用聚合硫酸氯化铁铝和两性聚丙烯酰胺的絮凝混合液所需的时间最短。
因此，采用聚合硫酸氯化铁铝和两性聚丙烯酰胺(质量比为2:1)制备浓度为2wt％的絮凝液进行絮凝沉淀处理效果最佳。
取经凝沉淀处理后的高含水率泥浆500kg，使用自动排渣过滤机对其进行机械压滤脱水。随着过滤时间的增加，被截留在滤网上的固体杂质越来越多，使滤饼厚度不断增加，过滤阻力增大，罐内的压力升高，当压力升到一定值时需要排渣，停止向罐内输入待滤液，然后通入蒸汽吹干滤饼，一般滤饼厚度控制在2-3厘米，即可得到含水量不大于35％的半固态或固态泥饼。
工程实践表明，一般情况下，水泥土中水泥(作为固化剂)掺量为7％～15％。
保守起见，将疏浚土中碱激凝胶材料总掺量固定为15％(相对高含水率疏浚土的质量)，钢渣粉、矿粉、生石灰、硅酸钠、羟基化氧化石墨烯按表2方案设置。制备不同含水率的疏浚土固化圆柱样，开展7d无侧限抗压强度试验。
钢渣矿粉固化高含水率疏浚土试样的制备具体步骤包括：
取经絮凝沉淀和机械压滤脱水处理后疏浚土，依据试验方案，确定相应工况下钢渣、矿粉、生石灰、硅酸钠及羟基化氧化石墨烯用量，将疏浚土、钢渣粉、矿粉、生石灰、硅酸钠拌合均匀，同时将羟基化氧化石墨烯放入水中混合形成均质溶液，然后将均质溶液加入疏浚土、钢渣和矿粉等混合物中，搅拌至匀质泥浆状，分多次装入饱和器中，并采用振动方式排气致密；在温度20±3℃、相对湿度95％条件下养护24h后脱模，再次置于相同养护环境下养护至规定龄期。试样制备均采用39.1mm×80mm的三轴饱和器完成，试样制备控制在20min内成型，每个工况至少3个平行样。
温度直接影响土体强度的发展，为了探究固化疏浚土强度受养护温度的影响规律，固定疏浚土中碱激凝胶的总掺量为15％，钢渣粉、矿粉、生石灰和硅酸钠均按表2方案设置，并按羟基化氧化石墨烯掺量为0.05‰制备圆柱样，开展7d无侧限抗压强度试验。
表2温度试验方案
测试时，采用电子万能试验机以1mm/min的恒定速率进行轴向加载，直至试样破坏，手动停止试验，保存测试数据。
结果如图3所示，为从图中可以看出，固化疏浚土抗压强度随温度升高几乎呈线性提升，温度为20℃、40℃时，其7d单轴抗压强度已达158.24kPa和299.49kPa，说明温度对钢渣粉矿粉固化高含水率疏浚土强度提升显著。因此，为缩短疏浚土硬化时间，可适当提高工程施工疏浚土温度。
Claims (6)
1.一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，其特征在于，将高含水率疏浚土经化学预处理、机械压滤脱水、无机凝胶稳定后形成性能优良的再生工程填料，最后通过养护形成稳定土。
2.根据权利要求1所述的一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，其特征在于，所述化学预处理的具体步骤为：用浓度为1-2wt%的聚合硫酸氯化铁铝和1-3wt‰的两性聚丙烯酰胺溶液按质量比为2:1制备絮凝混合液，向高含水率疏浚土中掺入占高含水率疏浚土3-5wt%的絮凝混合液进行化学絮凝沉淀处理，通过充分搅拌后静置30-40min，获得初始高含水率泥浆。
3.根据权利要求1所述的一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，其特征在于，所述机械压滤脱水的具体步骤为：利用自动排渣过滤机过滤初始高含水率泥浆，使其变为半固态状或固态泥饼，其含水量不大于35%，过滤精度范围为0.2-100μm。
4.根据权利要求1所述的一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，其特征在于，所述无机凝胶稳定是向半固态状或固态泥饼中掺入占高含水率疏浚土10-20wt%的碱激凝胶，具体步骤为在泥饼堆存场先人工铺摊2-3cm厚固化剂，然后借助翻土机深翻，直至多点采样后固化剂剂量差异很小则不再复翻，从而形成可再利用于工程的填料，最后，再将其用于工程填筑，经养护形成稳定土。
5.根据权利要求4所述的一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，其特征在于，所述的碱激凝胶由钢渣粉、矿粉、生石灰、硅酸钠和羟基化氧化石墨烯粉体混合而成，且对应的质量掺比为27-36wt%、13-18wt%、13-16wt%、27-30wt%和0.03-0.06‰，所述钢渣粉、矿粉、生石灰、硅酸钠和羟基化氧化石墨烯粉体的粒径均小于200目。
6.根据权利要求4所述的一种高含水率河道开挖疏浚土的快速固化方法，其特征在于，所述养护的温度为20±3℃，相对湿度为95%。
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|---|---|---|---|---|
| CN117285230A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-26 | 中交四航工程研究院有限公司 | 一种用于疏浚土气动混流固化的装置及料浆制备方法 |
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2022
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