一種無機聚合物淤泥固化砂漿及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無機聚合物淤泥固化砂漿及其制備方法，首先，將近海工程中產生的含有重金屬淤泥經過物理化學處理后得到淤泥顆粒；然后，將粉煤灰溶解于水玻璃激發(fā)劑溶液中，加入處理過的淤泥、石粉進行攪拌混合，最后加入固體氧化鈣進行攪拌，即得。避免了傳統(tǒng)水泥淤泥固化材料制備過程中需大量使用水泥的缺點，減少了水泥生產過程中CO2等溫室氣體的產生、工業(yè)粉塵排放對環(huán)境的影響；充分利用粉煤灰、廢石粉等工業(yè)廢棄物來制備淤泥固化砂漿，使得工業(yè)廢棄物得到充分的循環(huán)再生利用；同時固體氧化鈣的加入吸收了混合物中多余的自由水并且加速了無機聚合物水化反應的進行，無機聚合物淤泥固化砂漿具有優(yōu)異的早期力學性能。
【專利說明】
-種無機聚合物游泥固化砂漿及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種無機聚合物渺泥固化砂漿及其制備方法，具體設及一種利用粉煤 灰、石粉、固體氧化巧來制備具有良好早期性能的無機聚合物渺泥固化砂漿的方法。
【背景技術】
[0002] 近幾十年來，隨著我國"一帶一路"工程和"海上絲銅之路"的實施，我國港口、航 道、近海和海洋工程建設的迅速發(fā)展，每年各類工程清理出的渺泥數量都在持續(xù)增加，光 2000年一年海洋渺泥的數量就達到9518m3,2010年后每年產生的渺泥量還在成倍增加。傳 統(tǒng)的渺泥處理方式是傾倒，采用傾倒的方式處理渺泥需要占用大量我國寶貴的耕地資源且 處理成本較高。更為重要的是，運些海洋工程中所產生的渺泥中含有大量對環(huán)境、生物有害 的重金屬元素，大量的傾倒會對±壤和水體產生嚴重污染，進而嚴重危害人們的身體健康， 從環(huán)境與經濟角度考慮采用傾倒的方式處理渺泥有較多弊端。因此尋找更為有效、更加經 濟的方法去處理渺泥已成為世界各國普遍關注的熱點問題。
[0003] 無機聚合物渺泥固化技術是從±壤固化技術發(fā)展起來的新技術，目前該領域的研 究還處在一個探索階段。近十幾年來，國內外相關研究人員針對渺泥采用了不同的無機聚 合物固化方法進行處理。例如：（1)使用紙漿渣、粉煤灰和火山灰±制備無機聚合物固化處 理含水量高和有機質含量高的渺泥。（2)利用粉煤灰、磨細礦渣、偏高齡±和石灰來制備無 機聚合物固化含有石灰質的膨脹性渺泥。一般來說使用無機聚合物來固化渺泥是通過在渺 泥中添加無機聚合物固化劑，經過一系列吸水、水解、水化反應，在渺泥顆粒表面產生膠凝 物質水化娃酸巧、水化侶酸巧等，形成不可逆轉的凝結硬化殼，使渺泥顆粒具備一定的水穩(wěn) 定性和強度穩(wěn)定性。同時膠凝性質的水化產物在渺泥顆粒之間形成了網狀結構，即構成了 渺泥的骨架，結晶類的水化產物則填充網狀結構的孔隙，使得渺泥內部變得致密并且具備 了一定強度。采用無機聚合物方法對渺泥進行固化，可有效降低渺泥的含水率，包裹著渺泥 顆粒的凝結硬化殼可有效降低渺泥中有害重金屬的活性，從而起到對有害重金屬的"固化" 作用，減少渺泥中有害重金屬的滲出量。采用無機聚合物固化渺泥是廣泛使用的一種對渺 泥進行固化的方法。
[0004] 值得注意的是，目前使用的無機聚合物渺泥固化材料中仍需大量的水泥，完全使 用粉煤灰作為原材料制備無機聚合物固化砂漿的很少，工業(yè)廢棄物粉煤灰并沒有實現充分 利用。同時使用粉煤灰制備的無機聚合物渺泥固化砂漿，渺泥滲加到無機聚合物砂漿中后 砂漿材料的需水量增加，砂漿的凝結時間明顯增加。需采用高溫養(yǎng)護的方法才能保證固化 后的無機聚合物渺泥砂漿具有足夠的力學性能。

【發(fā)明內容】

[0005] 目的：為了克服現有技術中存在的不足，針對傳統(tǒng)無機聚合物渺泥固化砂漿中需 大量使用水泥、凝結時間長、早期強度低、需高溫養(yǎng)護等問題，本發(fā)明提供一種無機聚合物 渺泥固化砂漿及其制備方法，完全使用粉煤灰作為膠凝材料，制備出的無機聚合物渺泥固 化砂漿具有良好的早期性能。
[0006] 技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0007] -種無機聚合物渺泥固化砂漿，其特征在于，包括W下組分:膠凝材料1份，細骨料 1.5-2.5份，拌合水0.3-0.5份，水玻璃0.16-0.20份，氧化巧0.02-0.04份；
[0008] 細骨料包括渺泥顆粒和石粉，其中石粉占細骨料總量的28.6% ;所述膠凝材料為 粉煤灰，水玻璃溶于拌合水，拌合水中水玻璃濃度為lOmol/L。
[0009] 所述的無機聚合物渺泥固化砂漿，其特征在于:所述石粉為碎石石粉，石粉顆粒尺 寸小于5mm，細度模數1.98。
[0010] 作為優(yōu)選方案，所述的無機聚合物渺泥固化砂漿，其特征在于:所述粉煤灰為南京 華能電廠一級粉煤灰。
[0011] 作為優(yōu)選方案，所述的無機聚合物渺泥固化砂漿，其特征在于:所述水玻璃模數為 3·0-3·5。
[0012] 上述的無機聚合物渺泥固化砂漿的制備方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0013] (1)將濕渺泥在氨氧化鋼溶液中浸泡，驚干、粉碎處理后過篩，去除雜質和形狀不 規(guī)則的顆粒;然后將渺泥顆粒放入球磨機中球磨，檢測粒徑控制平均粒徑在下，再將 球磨后的渺泥顆粒在馬弗爐中W750~800°C熱處理后靜置得渺泥顆粒粉末，待用；
[0014] (2)將膠凝材料、溶有水玻璃的拌合水放入裝有攬拌器的容器中，W30轉/分鐘攬 拌速度混合5-10分鐘，然后將渺泥顆粒粉末和石粉加入到攬拌機中W30轉/分鐘攬拌速度 繼續(xù)攬拌5-10分鐘，為避免混合物在容器底部層積，需使用鐵伊對漿體進行人工攬拌1-2 次;最后加入固體氧化巧W60轉/分鐘攬拌速度加速拌合，去除新拌砂漿漿體中的氣泡，審U 備出無機聚合物渺泥固化砂漿。
[0015] 作為優(yōu)選方案，所述的無機聚合物渺泥固化砂漿的制備方法，其特征在于:所述氧 化巧用量為膠凝材料用量3%。
[0016] 作為優(yōu)選方案，所述的無機聚合物渺泥固化砂漿的制備方法，其特征在于:所述拌 合水義用飲用水。
[0017] 有益效果:本發(fā)明提供的無機聚合物渺泥固化砂漿及其制備方法，具有W下優(yōu)點： (1)與傳統(tǒng)的粉煤灰-水泥無機聚合物渺泥固化材料相比，雖然渺泥的預處理、粉煤灰使用、 固體氧化巧的加入，每生產一噸此種固化材料需增加原材料費用25元。但渺泥固化砂漿中 石粉取代100%河砂，每生產一噸此種固化材料河砂費用節(jié)約可15元，硬化砂漿凝結時間的 縮短可節(jié)省模板購置費用和人工費用達15元，常溫養(yǎng)護還可節(jié)省電費5元。W每年生產此種 新型固化材料10000噸計算，綜合計算下來每年僅僅原材料成本的節(jié)約達5萬元W上。
[0018] (2)粉煤灰無機聚合物渺泥固化砂漿不需滲加高效減水劑就能達到對漿體流動性 的要求。每生產1噸此種新型渺泥固化材料高效減水劑費用節(jié)約達5元，按每年生產此種新 型固化材料10000噸計算，可節(jié)約材料成本5萬元。
[0019] (3)制備此種無機聚合物渺泥固化砂漿完全不使用水泥，減少了水泥生產過程中 0)2等溫室氣體的產生、工業(yè)粉塵排放對環(huán)境的影響。利用粉煤灰來制備渺泥固化材料一方 面消耗大量的工業(yè)廢棄物粉煤與石粉，避免了傳統(tǒng)填埋方法處理粉煤灰與石粉需占用大量 ±地的問題。另一方面，石粉的填充、晶核效應作用明顯改善了無機聚合物渺泥固化砂漿的 早期力學性能并且減少了重金屬從無機聚合物渺泥固化砂漿中的浸出量。
[0020] (4)固體氧化巧的加入吸收了無機聚合物渺泥混合物中多余的自由水，同時氧化 巧與水生成的氨氧化巧與渺泥中的一部分活性氧化娃、氧化侶發(fā)生反應生成水化娃酸巧、 水化侶酸巧等膠凝產物，提高了無機聚合物渺泥砂漿的密實度。產生的氨氧化巧還加速的 水化反應的進行，使無機聚合物渺泥固化砂漿只需常溫養(yǎng)護就能具有優(yōu)異的早期力學性 能，彌補了高溫養(yǎng)護工藝復雜、設備成本投入大等缺點。
[0021] (5)此種無機聚合物渺泥固化砂漿充分利用了固體工業(yè)廢棄物作為產生原料，并 且制備出無機聚合物渺泥固化砂漿具有優(yōu)異的早期力學性能與耐久性能，可廣泛運用各類 ±木建筑工程結構中，具有良好的實用性，能產生很好的經濟與環(huán)保效益。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的制備流程圖。
[0023] 圖2是FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的凝結時間；
[0024] 圖3是FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的抗壓強度；
[0025] 圖4是FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的抗折強度；
[0026] 圖5是FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的干燥收縮值；
[0027] 圖6是FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的重金屬浸出量。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合具體實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0029] 如圖1所示，一種無機聚合物渺泥固化砂漿的制備方法：
[0030] 實施例1
[0031] 1、渺泥的預處理
[0032] 將河道疏竣W及填海工程所產生的濕渺泥進行充分攬拌后，放入20%的氨氧化鋼 溶液中浸泡8小時，去除渺泥中所含的有害細菌與微生物。然后將處理過的濕渺泥鋪平，放 置在日照通風良好的露天場地一周左右。將已烘干渺泥塊人工粉碎通過5mm方孔篩，去除渺 泥塊中雜質與形狀不規(guī)則顆粒。將烘干后的渺泥顆粒放入容積為10L球磨機中W30轉/分鐘 速度球磨20分鐘，磨細渺泥顆粒密封放置48小時，使用激光粒度儀測得磨細渺泥顆粒平均 尺寸為11.57祉m。將磨細渺泥顆粒粉末放入化馬弗爐中，W5°C/分鐘升溫速度升溫到750~ 800°C，在此溫度下熱處理地，然后將渺泥顆粒粉末冷卻到室溫后放置10小時，靜置備用。
[0033] 2、一種具有良好的早期性能渺泥聚合物固化砂漿組成
[0034] 2.1、原材料
[0035] 使用的石粉細骨料為碎石石粉，石粉顆粒尺寸小于5mm，細度模數1.98。粉煤灰為 南京華能電廠一級粉煤灰。拌合水為飲用水。氧化巧與水玻璃為工業(yè)品，水玻璃模數3.3左 右，本實施例中使用的為直接購買的水玻璃溶液，其固含量為39%。拌合水為飲用水。
[0036] 2.2、具有良好早期性能的無機聚合物渺泥固化砂漿組分配比
[0037] 無機聚合物渺泥固化砂漿(FAS)的各組分配比為膠凝材料(粉煤灰）:拌合水:細骨 料（渺泥顆粒+石粉）=1: 0.4 : 2，石粉占細骨料總量的28.6 %，拌合水中水玻璃濃度為 lOmol/L，氧化巧用量為膠凝材料用量3%，同時將未滲石粉、水玻璃、氧化巧的傳統(tǒng)粉煤灰- 水泥(FACS)無機聚合物渺泥固化材料作為對比樣。FACS、FAS兩種無機聚合物渺泥固化材料 組成配比見表1。
[0038] 表1.無機聚合物渺泥固化砂漿組分配比
[0039]
[0040] 3、一種具有良好的早期性能的無機聚合物渺泥固化砂漿制備與養(yǎng)護
[0041 ] 將固含量為39%的水玻璃溶液125-130kg、水100-150kg、粉煤灰700-750kg放入立 式攬拌機中，W30轉/分鐘攬拌速度混合lOmin左右，成為均一的無機聚合物漿體。然后將 1000-1050kg渺泥顆粒粉末和410-420kg石粉加入到攬拌機中W30轉/分鐘攬拌速度繼續(xù)攬 拌5-lOmin，為避免混合物在容器底部層積，需使用鐵伊對漿體進行人工攬拌1-2次。最后加 入20-2化g固體氧化巧W60轉/分鐘攬拌速度加速拌合2分鐘，去除新拌砂漿漿體中的氣泡， 制備出無機聚合物渺泥固化砂漿。取一部分新拌砂漿測定砂漿的凝結時間。將其他的無機 聚合物渺泥漿體誘筑到40mmX 40mmX leOmmS聯模中，制備12塊試樣進行1，3，7，28d無機聚 合物渺泥固化砂漿的抗壓強度和抗折強度檢測，制備3塊25mm X 25mm X 285mm試樣進行無機 聚合物渺泥固化砂漿干燥收縮值檢測。余下的無機聚合物渺泥漿體誘筑φ4〇 mm X 8.0 mm 模中制備3塊試樣進行無機聚合物渺泥固化砂漿中的重金屬浸出量檢測。將裝有FACS漿體 的試模放置在室內（溫度25°C，濕度55-65 % )養(yǎng)護24小時后，將試模移除并放置在溫度為20 °C，濕度為90±5%的養(yǎng)護室直到測試齡期。相同條件下制備相同數量FAS無機聚合物渺泥 固化砂漿，進行對比實驗。
[0042] 本發(fā)明制備的一種具有良好的早期性能的無機聚合物渺泥固化砂漿固化后的固 結體的性能如下：
[0043] 如圖2所示為FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的凝結時間對比，圖中可W看出， FAS無機聚合物渺泥固化砂漿具有比傳統(tǒng)FACS無機聚合物渺泥固化砂漿更短的凝結時間。
[0044] 如圖3所示為FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的抗壓強度對比，圖中可W看出， 在不同的養(yǎng)護齡期，FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的固結體具有比傳統(tǒng)FACS無機聚合物渺 泥固化砂漿更高的抗壓強度。
[0045] 如圖4所示為FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的抗折強度，圖中可W看出，FAS 無機聚合物渺泥固化砂漿的固結體具有比傳統(tǒng)FACS無機聚合物渺泥固化砂漿更高的抗折 強度。
[0046] 如圖5所示為FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的干燥收縮值，圖中可W看出， FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的固結體具有比傳統(tǒng)FACS無機聚合物渺泥固化砂漿更低的干 燥收縮值。
[0047] 如圖6所示為FACS、FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的重金屬浸出量，圖中可W看出， FAS無機聚合物渺泥固化砂漿的固結體具有比傳統(tǒng)FACS無機聚合物渺泥固化砂漿更低的重 金屬浸出量。
[0048] 本發(fā)明制備的無機聚合物渺泥固化砂漿完全不使用水泥、凝結速度快，固結體體 積穩(wěn)定性好、固結體的重金屬浸出量低。使用粉煤灰、石粉、水玻璃、固體氧化巧來制備無機 聚合物渺泥固化砂漿材料，具有廣闊的應用領域，能產生良好的技術、經濟、社會和環(huán)保效 益。
[0049] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種無機聚合物淤泥固化砂漿，其特征在于，包括以下組分：膠凝材料1份，細骨料 1 · 5-2 · 5份，拌合水0 · 3-0 · 5份，水玻璃0 · 16-0 · 20份，氧化鈣0 · 02-0 · 04份； 細骨料包括淤泥顆粒和石粉，其中石粉占細骨料總量的28.6%;所述膠凝材料為粉煤 灰，水玻璃溶于拌合水，拌合水中水玻璃濃度為l〇m〇l/L。2. 根據權利要求1所述的無機聚合物淤泥固化砂漿，其特征在于：所述石粉為碎石石 粉，石粉顆粒尺寸小于5mm，細度模數1.98。3. 根據權利要求1所述的無機聚合物淤泥固化砂漿，其特征在于:所述粉煤灰為南京華 能電廠一級粉煤灰。4. 根據權利要求1所述的無機聚合物淤泥固化砂漿，其特征在于：所述水玻璃模數為 3·0_3·5 〇5. 根據權利要求1-4任一項所述的無機聚合物淤泥固化砂漿的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟： (1) 將濕淤泥在氫氧化鈉溶液中浸泡，晾干、粉碎處理后過篩，去除雜質和形狀不規(guī)則 的顆粒;然后將淤泥顆粒放入球磨機中球磨，檢測粒徑控制平均粒徑在12mi以下，再將球磨 后的淤泥顆粒在馬弗爐中以750~800°C熱處理后靜置得淤泥顆粒粉末，待用； (2) 將膠凝材料、溶有水玻璃的拌合水放入裝有攪拌器的容器中，以30轉/分鐘攪拌速 度混合5-10分鐘，然后將淤泥顆粒粉末和石粉加入到攪拌機中以30轉/分鐘攪拌速度繼續(xù) 攪拌5-10分鐘;最后加入固體氧化鈣以60轉/分鐘攪拌速度加速拌合均勻，去除新拌砂漿漿 體中的氣泡，制備出無機聚合物淤泥固化砂漿。6. 根據權利要求5所述的無機聚合物淤泥固化砂漿的制備方法，其特征在于:所述氧化 鈣用量為膠凝材料用量3%。7. 根據權利要求5所述的無機聚合物淤泥固化砂漿的制備方法，其特征在于:所述拌合 水采用飲用水。
【文檔編號】C04B18/08GK106082926SQ201610406731
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】陳達, 廖智凌, 楊沛鈞, 陳雷, 廖迎娣, 戚霄漢, 鄒思源
【申請人】河海大學