公开/公告号CN102060480A
专利类型发明专利
公开/公告日2011-05-18
原文格式PDF
申请/专利权人 中国科学院广州地球化学研究所;佛山市环保技术与装备研发专业中心;
申请/专利号CN201010535487.5
申请日2010-11-05
分类号C04B28/00(20060101);C04B28/08(20060101);C02F11/00(20060101);
代理机构44001 广州科粤专利商标代理有限公司;
代理人余炳和
地址 510640 广东省广州市天河区科华街511号
入库时间 2023-12-18 02:21:58
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2014-12-24
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):C04B28/00 授权公告日:20120905 终止日期:20131105 申请日:20101105
专利权的终止
2012-09-05
授权
授权
2011-07-20
实质审查的生效 IPC(主分类):C04B28/00 申请日:20101105
实质审查的生效
2011-05-18
公开
公开
技术领域：
本发明属于市政与环境工程领域，具体涉及一种河道疏浚淤泥复合固化剂。
背景技术：
我国江南及华南经济发达地区城市河道众多，每年都开展大规模疏浚、清淤工程，产生大量淤泥。如2009年广东佛山市汾江河的疏浚工程，总清淤量达83万立方米；再如广州亚运前开展的城市河涌环境整治工程，清淤量超过500万立方米。目前疏浚淤泥的处置方法主要是抛海和填埋。抛海会产生二次污染；填埋形成的土地松软，难以开发利用，造成土地资源浪费，此外，疏浚淤泥大多不同程度含有重金属污染物，填埋也必然造成二次污染。在土地资源越来越紧张、环保要求越来越强的情况下，疏浚淤泥资源化利用是一个必然趋势。研究开发经济有效的疏浚淤泥处理和资源化利用技术，具有巨大的潜在应用需求。目前，疏浚淤泥的资源化利用方法主要包括有物理方法，热处理方法和化学方法，但从经济性和实用性角度出发，采用化学固化处理是适用范围广、成本较低的方法。
淤泥的性质类似于土壤，目前国内外淤泥固化技术研究开发中，主要借鉴传统的土壤固化技术。现已研究开发的固化材料主要有：(1)石灰、水泥类固化剂：石灰、粉煤灰和水泥固化淤泥的机理类似，包括结合淤泥中的水分、形成胶凝成分来胶结淤泥，堵塞淤泥的毛细结构，从而形成强度和稳定性。缺点是固化剂加入量较大，形成胶凝的过程会产生较大的形变，固化淤泥容易干缩，形成裂缝，破坏结构，影响水稳定性；(2)矿渣硅酸盐类固化剂：这一类固化剂主要成分是活性硅氧化物、铝氧化物等。它利用活性激发成分促进固化剂水化和产生胶结淤泥颗粒的胶凝物质。这类固化剂采用的是水硬性成分，所以防水性能较好，缺点是掺入量较大。(3)高聚物类固化剂：传统的高聚物改良土壤主要包括水土保持、土壤保湿、疏松土质等方面，在此基础上，研究发现利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，在土壤压实的基础上，可以得到较好的抗压强度。这类固化剂的掺入量较少，运输方便，一般采用水溶液的形态与淤泥混合，施工方便，且固化土早期强度和后期稳定强度均可以满足要求，但这类固化剂抗水性能比较差，遇水强度急剧下降。(4)电离子溶液类固化剂：这一类固化剂作用机理是利用强离子来破坏淤泥颗粒表面的双电层结构，减弱淤泥表面与水的化学作用力，并且从根本上改变淤泥颗粒的表面性质，使其趋于憎水性，在压力作用下使得淤泥形成强度和良好的抗水性能。
疏浚淤泥与一般的土壤有所不同，突出表现在有机质含量较高、含水率较高，用于土壤处理中的传统固化材料在处理疏浚淤泥时通常处理效果不理想、或固化剂添加量过大不经济。因此开发适合于疏浚淤泥特性的、经济有效的淤泥固化材料具有现实价值的。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适用范围广、固化效果好、成本低的河道疏浚淤泥复合固化剂。
本发明的河道疏浚淤泥复合固化剂，包括粉剂和液剂：
所述的粉剂，按总质量分数100％计，由下列组份组成：
水泥15％～25％、火山灰质材料45％～65％、碱类激发剂10％～20％和盐类激发剂5％～10％；
所述的液剂，按总质量分数100％计，由下列组份组成：
聚乙烯醇2％～7％、聚丙烯酰胺2％～7％、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.5％～1％、余量为水。
所述的液剂，优选，按总质量分数100％计，由聚乙烯醇5.5％、聚丙烯酰胺4％、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.5％、水90％组成。
所述的水泥优选为普通硅酸盐水泥熟料。
所述的火山灰质材料是指含有一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分，能与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物的材料，优选为高炉矿渣、转炉钢渣和粉煤灰中的一种或数种，以这些废料矿渣为主要原料，既节约了原材料，又解决了废弃物排放和环境污染问题，以废治废，对环境保护具有重要意义。
所述的碱类激发剂优选为熟石灰、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或数种。
所述的盐类激发剂优选为硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠和碳酸钾中的一种或数种。
本发明的水泥、火山灰质材料、碱类激发剂、盐类激发剂、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物都属于现有技术中已知物质，能从现有技术中获取到。
本发明的河道疏浚淤泥复合固化剂的配置方法如下：
粉剂：将粉剂中的水泥、火山灰质材料、碱类激发剂和盐类激发剂按照其配比含量混合磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg即可；也可以将粉剂中的水泥、火山灰质材料、碱类激发剂和盐类激发剂分别磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg，然后按照其配比含量混合均匀；
液剂：将液剂的聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物，按照其配比含量，加入液剂含量的水中，溶解完全均匀即可；也可以先将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物先用水分别溶解，再按照含量配比混合。
本发明的河道疏浚淤泥复合固化剂的使用方法如下：在实际淤泥固化工程应用中，根据淤泥性质的不同，粉剂的添加量一般为淤泥总质量的5％～15％，液剂的添加量一般为淤泥总质量的1％～3％，粉剂与液剂的复合比例质量范围为5～15∶1。本领域技术人员可根据具体的实际情况进行添加。加入粉剂和液剂后，进行充分搅拌均匀、压实。
本发明的河道疏浚淤泥复合固化剂结合了多种传统土壤固化剂各自的优点，通过适当的比例将各种有效成分有机结合起来，充分发挥了各组分的特性与协同作用。水泥熟料由于其水化速度快，形成的胶凝成分堵塞淤泥的毛细结构，早期形成一个结构框架，对整个体系起到一个支撑作用，使得体系具有一定的早期强度和稳定性；矿渣、钢渣和粉煤灰充分发挥了火山灰质胶凝材料的水化和火山灰效应，生成了大量的水化硅酸钙、水化铝酸钙等，使得固化淤泥的强度能大幅度地提高；碱类激发剂激发了火山灰质胶凝材料的活性以及淤泥本身的活性，使得火山灰反应能顺利地进行，从而使固化淤泥的强度在较长时间内能持续的增长；盐类激发剂可与碱类激发剂反应生成强碱和可溶性盐，强碱可以提高液相的pH值，加快矿渣中硅铝等物质的溶解，加速火山灰反应进程，提高反应生成物的含量，另外生成的可溶性盐可与火山灰反应产物铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙(钙钒石)，填充固化土内部孔隙，增加固化土的密实度，从而提高固化土的强度；聚乙烯醇和聚丙烯酰胺具有很好的粘结作用，对提高固化淤泥早期强度和后期强度均有比较明显的效果；三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物能使水泥、矿渣微粉等胶凝材料遇水后凝聚成的絮状快破碎，对固化体系起到分散作用。疏浚淤泥经本发明的河道淤泥复合固化剂固化后，其抗压强度高，能达到筑路要求。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
一、河道疏浚淤泥复合固化剂的制备。
实施例1
将425号普硅水泥、高炉矿渣、转炉钢渣、熟石灰和硫酸钙分别磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg，按重量份配比为：425号普硅水泥15重量份、高炉矿渣45重量份、转炉钢渣20重量份、熟石灰10重量份和硫酸钙10重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的粉剂。
将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺及三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物分别用水溶解为固含量为10％的溶液，然后按重量份配比为：聚丙烯酰胺溶液30重量份、聚乙烯醇溶液60重量份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物溶液10重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的液剂。按总质量分数100％计，该液剂中含有聚丙烯酰胺3％、聚乙烯醇6％和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物1％，水为90％。
实施例2
将425号普硅水泥、高炉矿渣、转炉钢渣、熟石灰和碳酸钠分别磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg，按重量份配比为：425号普硅水泥25重量份、高炉矿渣25重量份、转炉钢渣20重量份、熟石灰20重量份和碳酸钠10重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的粉剂。
将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺及三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物分别用水溶解为固含量为10％的溶液，然后按重量份配比为：聚丙烯酰胺溶液60重量份、聚乙烯醇溶液30重量份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物溶液10重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的液剂。按总质量分数100％计，该液剂中含有聚丙烯酰胺6％、聚乙烯醇3％和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物1％，水为90％。
实施例3
将425号普硅水泥、高炉矿渣、转炉钢渣、熟石灰和硫酸钠分别磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg，按重量份配比为：425号普硅水泥20重量份、高炉矿渣30重量份、转炉钢渣30重量份、熟石灰15重量份和硫酸钠5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的粉剂。
将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺及三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物分别用水溶解为固含量为10％的溶液，然后按重量份配比为：聚丙烯酰胺溶液40重量份、聚乙烯醇溶液55重量份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物溶液5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的液剂。按总质量分数100％计，该液剂中含有聚丙烯酰胺4％、聚乙烯醇5.5％和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.5％，水90％。
实施例4
将425号普硅水泥、高炉矿渣、转炉钢渣、氢氧化钠和硫酸钙分别磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg，按重量份配比为：425号普硅水泥20重量份、高炉矿渣50重量份、转炉钢渣15重量份、氢氧化钠10重量份和硫酸钙5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的粉剂。
将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺及三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物分别用水溶解为固含量为10％的溶液，然后按重量份配比为：聚丙烯酰胺溶液40重量份、聚乙烯醇溶液55重量份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物溶液5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的液剂。按总质量分数100％计，该液剂中含有聚丙烯酰胺4％、聚乙烯醇5.5％和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.5％，水90％。
实施例5
将425号普硅水泥、高炉矿渣、转炉钢渣、熟石灰和硫酸纳分别磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg，按重量份配比为：425号普硅水泥20重量份、高炉矿渣10重量份、转炉钢渣50重量份、熟石灰15重量份和硫酸钠5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的粉剂。
将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺及三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物分别用水溶解为固含量为10％的溶液，然后按重量份配比为：聚丙烯酰胺溶液40重量份、聚乙烯醇溶液55重量份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物溶液5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的液剂。按总质量分数100％计，该液剂中含有聚丙烯酰胺4％、聚乙烯醇5.5％和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.5％，水为90％。
实施例6
将425号普硅水泥、高炉矿渣、粉煤灰、氢氧化钠和硫酸钙分别磨粉至勃氏比表面积400～600m2/kg，按重量份配比为：425号普硅水泥20重量份、高炉矿渣15重量份、粉煤灰50重量份、氢氧化钠10重量份和硫酸钙5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的粉剂。
将聚乙烯醇、聚丙烯酰胺及三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物分别用水溶解为固含量为10％的溶液，然后按重量份配比为：聚丙烯酰胺溶液40重量份、聚乙烯醇溶液55重量份、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物溶液5重量份。将上述物质混合均匀，即可得本实施例的河道疏浚淤泥复合固化剂的液剂。按总质量分数100％计，该液剂中含有聚丙烯酰胺4％、聚乙烯醇5.5％和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物0.5％，水为90％。
二、河道疏浚淤泥复合固化剂的效果测试。
实施试验中，选用广东佛山市汾江河清淤淤泥作为试验淤泥。该淤泥已经过人工脱水，含水率约为30％，有机质含量约为13％(干基)，化学成分见表1
表1淤泥化学成分
实施试验中，利用实施例1～6制备的河道疏浚淤泥复合固化剂对淤泥进行固化处理，并同时用单一粉剂做固化剂及水泥做固化剂做对比试验，其添加量为淤泥总质量的8％。实施例的固化剂配方及对照组配方(对比A1～A6，SN1～2)见表2。加入河道疏浚淤泥复合固化剂到淤泥中，其中粉剂的量为淤泥总质量的8％，液剂的量为淤泥总质量的1％。加入固化剂后进行充分搅拌均匀、压实。
试验测试指标为无侧限抗压强度。试件为Φ5cm×5cm圆柱体，在最佳含水率条件下静力压实成型，压实度为95％；在25℃±2℃及湿度大于90％的条件下标准养护，养护时间分别为7天、28天、60天，养生期的最后一天，将试件浸泡在水中。测试结果见表3。
表2实施例固化剂配方及对照组配方
表3无侧限抗压强度测试结果(MPa)
由表3可以得出以下结论：
1.在固化剂添加比例相同的情况下，单独掺加水泥的固化淤泥无侧限抗压强度较低，且随着龄期的增长，抗压强度的增幅较小；
2.当单一粉剂做固化剂时，固化淤泥的无侧限抗压强度明显提高，其中以添加高炉矿渣、转炉钢渣效果较为显著。
3.当液剂与粉剂复合做固化剂时，固化淤泥的无侧限抗压强度最大。
因此采用本发明的河道疏浚淤泥复合固化剂的粉剂与液剂作为河道疏浚淤泥的固化剂，对疏浚淤泥固化具有优良效果。经固化后，固化淤泥的无侧限抗压强度可以满足筑路要求。
机译： 通过将自然型河道与排水型河道结合而形成的复合型河道
机译： 一种护堤，用于保护位于这些地方的海滩，海岸，河流或河道以及诸如痣，堤防或河道壁等结构的倾斜表面，以免受到波浪和流动水的侵蚀
机译： 一种保护位于这些地方的沙滩，堤岸，河道或河道以及诸如痣，堤坝或长廊之类的结构的倾斜表面的装置
