[發明專利]一種用于淤泥固化的納米改性二元固化劑及其使用方法

在審

• 申請號: 202211637005.6
• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN116396024A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 李江山;郎雷;薛強;陳新;王平;陳博文
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C02F11/00;E02D3/12
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 王杰

本發明提供一種用于淤泥固化的納米改性二元固化劑，所述納米改性二元固化劑包括主固化劑、化學激發劑和納米改性劑；所述主固化劑包括硅酸鹽水泥和粒化高爐礦渣；所述化學激發劑包括無水偏硅酸鈉和無水硫酸鈉；所述納米改性劑包括納米二氧化硅和納米氧化鎂。本發明的納米改性二元固化劑具有摻量少、固化強度高及對淤泥脫水要求低的優勢。

技術領域

本發明屬于淤泥固化處理技術領域，特別涉及一種用于淤泥固化的納米改性二元固化劑及其使用方法。

背景技術

隨著我國經濟建設的快速發展以及城市化進程的不斷推進，市政、水利、交通等基礎設施建設大規模展開。每年城市河道、湖泊及海洋疏浚工程產生了大量的疏浚淤泥，疏浚淤泥通常具有含水率高、壓縮性高、強度低、顆粒極細且富含有機質等復雜工程性質，令其難以被直接利用，常作為廢棄物進行處置。傳統的處理方法有陸地堆填及近海拋棄等，這不僅占用了大量的耕地，而且也會引起一系列的環境污染及社會問題。

化學固化技術可以有效改善疏浚淤泥極差的工程特性，進而將其轉化成可供工程再利用的土工材料，實現廢棄淤泥的資源化利用。傳統固化劑如普通硅酸鹽水泥和石灰雖具有價格低廉、強度增長快及原材料來源廣泛等優點，但其生產和使用不僅會消耗大量的非可再生資源和能源，而且還會排放大量的溫室氣體和有毒有害氣體，對我國“雙碳”政策的推進與落實提出了挑戰，并且，對于高含水率淤泥的固化，水泥、石灰等傳統固化劑由于固化強度低，摻量往往超過20％甚至更多，而高摻入量并沒有實現淤泥處理減量化的目標。而現存的新型固化劑多適用于含水率較低的軟粘土固化，且多為最優含水率下的壓實成型，已具有一定的初始強度，而對于高含水率淤泥的固化處理，往往存在固化強度低、強度增長慢、普適性差及摻量大等弊端，難以實現固化劑減量化與淤泥處理增量化并行的高效性。

因此，研發固化強度高、普適性廣、摻量小的高效淤泥固化劑，對實現廢棄淤泥的高效固化與再生利用具有重要的應用價值，并且對環境保護和資源節約具有重要意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的第一方面提供一種用于淤泥固化的納米改性二元固化劑，所述納米改性二元固化劑包括主固化劑、化學激發劑和納米改性劑；所述主固化劑包括硅酸鹽水泥和粒化高爐礦渣；所述化學激發劑包括無水偏硅酸鈉和無水硫酸鈉；所述納米改性劑包括納米二氧化硅和納米氧化鎂。

在第一方面中，所述主固化劑、所述化學激發劑和所述納米改性劑的質量比為20：2：1。

在第一方面中，所述硅酸鹽水泥為42.5級硅酸鹽水泥；所述粒化高爐礦渣為S95級礦渣。

在第一方面中，所述42.5級硅酸鹽水泥和所述S95級礦渣的質量比為1：1。

在第一方面中，所述無水偏硅酸鈉與所述無水硫酸鈉的質量比為1：9。

在第一方面中，所述無水偏硅酸鈉中氧化鈉的含量為51.30％，二氧化硅的含量為46.56％；所述無水硫酸鈉的含量≥99.0％，pH值為5-8。

在第一方面中，所述納米二氧化硅與納米氧化鎂的質量比為1：9。

在第一方面中，所述納米二氧化硅的純度為99.8％，平均粒徑為15nm；所述納米氧化鎂的純度為98％，平均粒徑為20nm。

第二方面，本申請提供了一種用于淤泥固化的納米改性二元固化劑的使用方法，所述使用方法包含以下步驟：1)制備淤泥：開挖淤泥，淤泥脫水后，確定淤泥含水率，制備擬固化處理淤泥；2)摻入納米改性二元固化劑：將納米改性二元固化劑加入擬固化處理淤泥中，并依次進行低速和高速攪拌，直至獲得均勻的固化淤泥混合料；3)混合料回填：將固化淤泥混合料回填施工場地，同時使用振動機械對固化淤泥混合料進行振動密實，排出固化淤泥混合料中的氣泡，消除干密度差異的影響；4)養護：保持標準溫濕度，養護至達到養護齡期，完成淤泥加固。

在第二方面中，所述養護的溫度為22℃-28℃，濕度為85％-95％。