一种淤泥改性路基土的复合固化剂及资源化利用方法

技术领域

本发明属于疏浚工程和环境工程技术领域。

背景技术

河湖疏浚和城市开发产生大量的淤泥，这些淤泥体量巨大，含水率高、工程性能差。传统的处置方法有堆放和海洋倾倒，堆放占用大量土地，因为海洋环境要求不断提高，海洋倾倒日趋艰难。对于无污染或轻度污染的淤泥，公路建设需要大量的填料，是淤泥合适的去处。淤泥在公路建设中无法直接利用，可进行改性处理达到指标后使用。目前，众多的淤泥固化剂存在成本高昂、质量控制困难的瓶颈问题，在工程应用施工时有指标控制不易和整体工期长的弊端，制约了淤泥资源化利用的推广。

发明内容

本发明的目的是针对淤泥资源化利用的瓶颈问题，提供一种用于无污染/轻度污染河湖疏浚底泥和城市开发淤泥改性路基土的高效复合固化剂及资源化利用方法，采用该复合固化剂及资源化利用方法处置的淤泥可在7～14天获得较高的强度，有效降低处置成本，缩短整体工期，控制指标在整个处置流程中便于把控，保障了工程应用施工的质量，具有安全、稳定、环保的特点，实现了废弃淤泥和废弃灰渣的资源化利用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种淤泥改性路基土用复合固化剂，其特征在于，由组分(i)、组分(ii)、组分(iii)、组分(ix)按设计比例组成，质量份分别为：

所述组分(i)为水泥，4～6份；

所述组分(ii)为粉煤灰，4～6份；

所述组分(iii)为废弃灰渣，30～70份；

所述组分(ix)为活性激发剂，0.3～0.7份。

所述组分(ii)粉煤灰，发挥形态效应、活性效应和微集料效应，由硅铝玻璃体组成，粒径为80-250μm，呈多孔蜂窝状结构，比表面积大。

所述组分(iii)废弃灰渣，为工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣，该废渣由细颗粒和粗颗粒组成，主要化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙。

所述组分(ix)活性激发剂，为减水剂、硫酸钠、TSG和三乙醇胺中的一种或多种复合，能够促进改性土早期强度发展。

上述复合固化剂，其处理的目标淤泥为“轻度污染”及以下的淤泥，供源可以为河湖疏浚淤泥或城市开发淤泥，含水率不超过60％，有机质含量不超过25％。

所谓“轻度污染”是根据《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004)计算内梅罗污染指数(PN)：PN≤0.7，为清洁土；0.7

一种基于所述复合固化剂配方的淤泥资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)将河湖疏浚底泥和/或城市开发产生的淤泥，去除垃圾、石块、大块植物根茎等杂质，对淤泥进行堆载、压滤等预处理，控制含水率小于60％；

步骤(2)根据淤泥土物理化学特性、含盐量、有机质含量等来确定各组分质量份，组分(i)：组分(ii)：组分(iii)：组分(ix)：淤泥＝4～6：4～6：30～70：0.3～0.7：140～160，采用机械拌和均匀；

步骤(3)对步骤(2)中制备的物料进行自然养护，依据改性物料的含水率养护7～14天，期间物料作用机理为：

所述组分(iii)为废弃灰渣，由细颗粒和粗颗粒组成；其中细颗粒主要为飞灰，粒径与粉煤灰相当，具有吸水作用，细颗粒在后期养护过程中能吸收淤泥水分，发挥着吸水作用、骨架作用和活性激发作用；其中粗颗粒呈具有一定强度的孔状结构，能够提高淤泥改性土的物理强度，起到骨架作用，增强路基材料的强度；同时组分(iii)为废弃灰渣是工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣，主要化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙，其中的活性成分可以激发水化反应，与组分(i)、组分(ii)结合并促进水泥的水化反应，生成胶凝物质。

所述组分(ii)为粉煤灰，发挥形态效应、活性效应和微集料效应，粉煤灰由硅铝玻璃体组成，粒径为80-250μm，呈多孔蜂窝状结构，比表面积大，添加到淤泥中可以迅速吸附到土体颗粒上，起到减水作用，发挥形态效应；粉煤灰中含有具有化学活性的二氧化硅、氧化铝可与水泥水化析出的氢氧化钙反应产生胶凝材料，发挥活性效应，可延续到28天后；粉煤灰中的微细颗粒可均匀分布在改性物料中，填充孔隙和毛细孔，改善土体孔结构和密实度，发挥微集料的优越性能。

所述组分(ix)为减水剂、硫酸钠、TSG和三乙醇胺中的一种或多种复合，起到促进水泥水化反应、提高早期强度的作用。

步骤(4)按《公路土工试验规程》(JTJ E40-2007)要求开展性能检测，对步骤(3)中性能检测合格的改性土，如含水率大于最优含水率，增加堆放面积、翻晒次数和养护天数，如含水率小于最优含水率，可开展人工喷洒水，以使改性土的含水率达到最优含水率±2％，然后按《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)施工要求进行分层摊铺碾压。

本发明可处理含水率小于60％、有机质含量小于25％的淤泥，淤泥改性土养护14天后含水率可降至最优含水率附近，无需额外花费大量时间调节含水率，简化了流程步骤；组分(i)的用量既能确保改性土强度发展，又能避免大量使用成为水泥土，硅酸盐含量超标；组分(ii)的用量使得其形态效应、活性效应和微集料效应能够恰当发挥，避免大量使用形成层片状土体结构，造成改性土压实困难。

本发明采用该复合固化剂改性的路基土，经室内试验和工程应用表明水稳性良好，干湿循环后强度不会降低，反而促进水泥进一步水化反应，强度有所提升，且浸出指标符合标准。

本发明的优点和有益效果为：

1、该复合固化剂及方法可处理含水率小于60％、有机质含量小于25％的淤泥，淤泥改性土养护7～14天后，CBR值高于二级公路路堤填料的CBR限值，含水率可降至最优含水率附近，仅需花费少量时间翻晒或洒水调节含水率，简化了流程步骤。

2、该复合固化剂及方法严格控制组分(i)、组分(ii)的用量，在提高改性土强度的同时，避免改性土发展成为水泥土、呈现不稳定的层片状结构，组分(ix)的适量使用促进改性土早期强度提升，经室内试验和工程应用表明水稳性良好，干湿循环后强度不会降低，反而促进改性土进一步水化反应，强度有所提升，且浸出指标符合标准。

3、本发明有效降低处置成本，缩短整体工期，控制指标在整个处置流程中便于把控，保障了工程应用施工的质量，具有安全、稳定、环保的特点，实现了废弃淤泥和废弃灰渣的资源化利用。

附图说明

无

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步详细说明：

实施例1(最优实施例)

本实施例淤泥改性路基土用复合固化剂，其特征在于，由组分(i)、组分(ii)、组分(iii)、组分(ix)按设计比例组成，质量份分别为：

所述组分(i)为水泥，5份；

所述组分(ii)为粉煤灰，6份；

所述组分(iii)为废弃灰渣，50份；

所述组分(ix)为活性激发剂，0.5份。

组分(i)水泥在实施例可选择325型普通硅酸盐水泥。在水泥领域，325型普通硅酸盐水泥产品已为现有技术，可以通过市场采购获得，其主要组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等。

作为实施例，粉煤灰选择二级粉煤灰，通过市场采购获得。

作为实施例，活性激发剂选择硫酸钠，通过市场采购获得。

作为实施例，淤泥来自于平原河网疏浚底泥，轻度氮磷营养盐污染，有机质含量为6％，中值粒径为18～26μm。

根据上述配方设计，进一步公开淤泥资源化利用方法，包括以下步骤：

(1)将疏浚泥浆去除杂质，进行压滤预处理得泥饼，经测定泥饼含水率为52％；

(2)取一定质量的上述泥饼粉碎，作为待处理淤泥，供下述步骤备用；

(3)优选地，设定淤泥：复合固化剂重量份比为152:61.5，物料混合采用机械拌和均匀；

(4)将步骤(3)制备的改性物料堆放自然养护14天，经测定其含水率为29.84％。

上述含水率测定方法及操作过程参照《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)。

(5)依据《公路土工试验规程》(JTJ E40-2007)测定龄期工程强度指标，CBR值为8.21％(CBR值>8,见表1)，达到主线公路上路床强度要求，最优含水率22.52％。

CBR(Californiabearing ratio)是评定基层材料承载能力的试验方法，承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，以相对值的百分数表示CBR值，这种方法用于评定土基的强度。

本实施例开展3次干湿循环试验，CBR值分别为15.09％、41.34％和36.77％。

分析和结论：干湿循环下，本实施例制备的改性路基材料不但未受干湿循环影响导致强度降低，且两次测试数据显示路基材料强度保持优异。

(6)随后2天增大改性物料堆放面积，增加翻晒次数，再次测定含水率为23.9％。测定方法及操作过程参照《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)。

分析和结论：物料堆放仅延长2天时间就已实现“最优含水率22.52％±2％”的目标，可进行摊铺碾压施工。本实施例技术方案适合推广应用。

(7)按照《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)的标准分层摊铺碾压。

实施例2

一种淤泥改性路基土用复合固化剂，其特征在于，由组分(i)、组分(ii)、组分(iii)、组分(ix)按设计比例组成，质量份分别为：

所述组分(i)为水泥，3份；

所述组分(ii)为粉煤灰，5份；

所述组分(iii)为废弃灰渣，50份；

所述组分(ix)为活性激发剂，0.4份。

根据上述配方设计，参照实施例1进行淤泥资源化利用方法：

(1)将疏浚泥浆去除杂质，进行压滤预处理，测定泥饼含水率为50％；

(2)取一定质量的泥饼粉碎，作为待处理淤泥；

(3)设定淤泥：复合固化剂重量份比为150:58.4，物料混合采用机械拌和均匀；

(4)对制备的改性物料堆放自然养护14天，测定含水率为32.32％，测定CBR值为7.73％(8>CBR值>6,见表1)，达到二级公路上路床强度要求，最优含水率22.19％。测定方法及操作过程参照《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)。

(5)随后进一步增大改性物料堆放面积，增加翻晒次数，持续5天再次测定含水率为21.64％，达到摊铺要求，并按照《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)的标准分层摊铺碾压。

实施例3

一种淤泥改性路基土用复合固化剂，其特征在于，由组分(i)、组分(ii)、组分(iii)、组分(ix)按设计比例组成，质量份分别为：

所述组分(i)为水泥，6份；

所述组分(ii)为粉煤灰，5份；

所述组分(iii)为废弃灰渣，70份；

所述组分(ix)为活性激发剂，0.3份。

根据上述配方设计，参照实施例1进行淤泥资源化利用方法：

(1)将疏浚泥浆去除杂质，进行压滤预处理，测定泥饼含水率为54％；(2)取一定质量的泥饼粉碎，作为待处理淤泥；

(3)设定淤泥：复合固化剂重量份比为154:81.3，物料混合采用机械拌和均匀；

(4)对制备的改性物料堆放自然养护14天，测定含水率为29.13％，测定CBR值为16.98％(CBR值>8,见表1)，

(5)随后进一步增大改性物料堆放面积，增加翻晒次数，持续3-4天再次测定含水率为20.96％，达到摊铺要求，并按照《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)的标准分层摊铺碾压。

表1路基填料最小强度(CBR值)要求(依据：JTG F10-2006)

上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。