本发明公开了一种疏浚淤泥资源化专用固化剂的制备方法，属于固化剂制备技术领域。
背景技术：
我国幅员辽阔，海岸接触线广，同时内陆河湖星罗棋布，每年都开展规模巨大的港口疏浚以及内陆航线清淤工程，从而产生大量的疏浚淤泥。为了能够有效处理和利用疏浚淤泥，不少发达国家对疏浚淤泥进行商业化方式的综合开发和利用。疏浚淤泥的资源化方法有很多，将其制成混合轻质土是疏浚淤泥资源化处理的重要方法之一，即采用疏浚淤泥为原料，加入一定量轻质材料和固化剂，开发出轻质混合土，达到了变废为宝的目的。
混合轻质土由原料土、轻质材料和固化剂混合而成。轻质材料一般采用聚苯乙烯泡沫塑料、发泡剂，或采用废弃轮胎颗粒或废旧塑料，以达到环保目的。固化剂一般采用水泥，也可以采用粉煤灰、石灰、石膏等。轻质土具有密度小、固化前流动性好、固化后自立性好、快硬性、强度、密度的可调性、耐水性、耐热性等特性，广泛应用于软地基处理、边坡工程、管道填埋、道路扩建的填料等工程。此外，混合轻质土可以充分利用疏浚淤泥、废弃塑料来替代普通填土材料，既可以解决工程中遇到的新问题，又可以使废料资源化，具有良好的经济性、技术性和环保性，具有重大的理论和现实意义。
轻质混合土的强度主要受固化剂的影响，目前使用较多的固化剂为水泥，但单纯的水泥不仅造价过高，而且加固效果也不理想，近年来的研究热点集中在使用新型固化材料，尤其是将一些工业废料，例如粉煤灰、石灰、石膏等作为辅助固化材料作为淤泥固化剂，但多数淤泥固化剂的固化效果依赖于淤泥颗粒度、含水量和有机质含量，当遇到含水量高和有机质含量高的淤泥时，往往导致淤泥固化后的强度偏低，且采用水泥、粉煤灰、石膏等传统固化剂，在固化过程中形成的水化产物不能有效填充轻质土内部孔隙，固化完成后，结构中仍有大量的孔隙存在，水稳性和耐久性较差，易出现收缩开裂现象。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统淤泥固化所用固化剂对于含水量和有机质含量较高的淤泥，无法有效填充淤泥内部孔隙，导致固化后强度偏低，水稳性和耐久性较差的问题，提供了一种以煅烧硅藻土和稻壳粉末作为骨架，接枝丙烯酸-丙烯酰胺聚合物，与普通硅酸盐水泥混合制得疏浚淤泥资源化专用固化剂的方法。本发明首先将硅藻土和稻壳干燥后混合球磨，经煅烧后用盐酸酸洗，除去硅藻土和稻壳中杂质，再利用硅烷偶联剂改性煅烧粉末，并接枝丙烯酸-丙烯酰胺聚合物，经干燥后与普通硅酸盐水泥混合，即得疏浚淤泥资源化专用固化剂。本发明以多孔结构的煅烧硅藻土和稻壳粉末为骨架，利用接枝的丙烯酸-丙烯酰胺聚合物的强吸水性，吸收淤泥中的水分，并把淤泥颗粒牢固吸附于骨架结构周围，配合水泥的固化作用，填充轻质土内部孔隙，有效解决了传统淤泥固化剂使用后固化强度偏低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）依次称取400～500g硅藻土，300～400g稻壳，置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将烘箱中物料转入球磨机中，按球料质量比为10：1～20：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合45～60min后，过120～200目筛，得混合粉末，并将所得混合粉末转入马弗炉，于温度为450～500℃条件下，煅烧20～40min，待随炉冷却至室温，出料，得煅烧混合粉末；
（2）在三口烧瓶中依次加入300～400g上述所得煅烧混合粉末，600～800mL浓度为0.1～0.2mol/L盐酸，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80～90℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h，待反应结束，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，直至洗涤液呈中性，再将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；
（3）依次量取300～400mL无水乙醇，10～12mL硅烷偶联剂KH-570，倒入烧杯中，滴加质量分数为6～8%盐酸，调节pH至3.8～4.2，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60～65℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应30～50min，再加入100～150g上述所得干燥滤饼，继续恒温搅拌反应2～4h，过滤，收集滤饼，并用甲苯洗涤2～4次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得硅烷偶联剂改性滤饼；
（4）在三口烧瓶中，依次加入80～100g丙烯酸，200～300mL质量分数为10～20%氢氧化钠溶液，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，以300～500r/min转速搅拌混合20～30min后，再加入60～80g丙烯酰胺，100～120g上述所得硅烷偶联剂改性滤饼，400～600mL去离子水，随后于转速为600～800r/min条件下搅拌混合20～40min；
（5）待搅拌混合结束，调节温度至75～80℃，搅拌转速至300～500r/min，在恒温搅拌状态下，向上述三口烧瓶中加入3～5g过硫酸钾，1～3gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续恒温搅拌反应2～4h，待反应结束，离心分离，收集下层沉淀物，并用去离子水洗涤3～5次，再将洗涤后的下层沉淀物置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再经研钵研磨成粉，随后与42.5号普通硅酸盐水泥按质量比为3：1～1：1混合均匀，即得疏浚淤泥资源化专用固化剂。
本发明的应用方法：在混料机中依次加入150～250kg本发明所得疏浚淤泥资源化专用固化剂，400～600kg粉煤灰，40～60kg石膏，以300～500r/min转速搅拌混合45～60min后，制得混合粉末，随后将混合粉末按掺杂量为100～120kg/m3添加至疏浚淤泥中，并经淤泥固化处理机搅拌混合均匀，随后集中堆放于空地上，持续养护28～30天，在养护过程中，每隔2～4天按洒水量为400～500mL/m2对淤泥表面洒水养护，即可得到固化轻质土。经取样检测，所得固化轻质土密度为1.28～1.45g/cm3，无侧限抗压强度可达3.4～5.4MPa，变形率为1.2～2.0%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所得疏浚淤泥资源化专用固化剂可有效提高轻质土孔隙填充率，增强微孔隙间界面粘结强度，从而增加轻质土的强度；
（2）本发明所得疏浚淤泥资源化专用固化剂可使淤泥快速固化，缩短了施工工期，扩大了疏浚淤泥的使用范围，可广泛应用于道路扩建、管道填埋等工程。
具体实施方式
依次称取400～500g硅藻土，300～400g稻壳，置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将烘箱中物料转入球磨机中，按球料质量比为10：1～20：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合45～60min后，过120～200目筛，得混合粉末，并将所得混合粉末转入马弗炉，于温度为450～500℃条件下，煅烧20～40min，待随炉冷却至室温，出料，得煅烧混合粉末；在三口烧瓶中依次加入300～400g上述所得煅烧混合粉末，600～800mL浓度为0.1～0.2mol/L盐酸，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80～90℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h，待反应结束，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，直至洗涤液呈中性，再将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次量取300～400mL无水乙醇，10～12mL硅烷偶联剂KH-570，倒入烧杯中，滴加质量分数为6～8%盐酸，调节pH至3.8～4.2，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60～65℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应30～50min，再加入100～150g上述所得干燥滤饼，继续恒温搅拌反应2～4h，过滤，收集滤饼，并用甲苯洗涤2～4次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得硅烷偶联剂改性滤饼；在三口烧瓶中，依次加入80～100g丙烯酸，200～300mL质量分数为10～20%氢氧化钠溶液，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，以300～500r/min转速搅拌混合20～30min后，再加入60～80g丙烯酰胺，100～120g上述所得硅烷偶联剂改性滤饼，400～600mL去离子水，随后于转速为600～800r/min条件下搅拌混合20～40min；待搅拌混合结束，调节温度至75～80℃，搅拌转速至300～500r/min，在恒温搅拌状态下，向上述三口烧瓶中加入3～5g过硫酸钾，1～3gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续恒温搅拌反应2～4h，待反应结束，离心分离，收集下层沉淀物，并用去离子水洗涤3～5次，再将洗涤后的下层沉淀物置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再经研钵研磨成粉，随后与42.5号普通硅酸盐水泥按质量比为3：1～1：1混合均匀，即得疏浚淤泥资源化专用固化剂。
实例1
依次称取400g硅藻土，300g稻壳，置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将烘箱中物料转入球磨机中，按球料质量比为10：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合45min后，过120目筛，得混合粉末，并将所得混合粉末转入马弗炉，于温度为450℃条件下，煅烧20min，待随炉冷却至室温，出料，得煅烧混合粉末；在三口烧瓶中依次加入300g上述所得煅烧混合粉末，600mL浓度为0.1mol/L盐酸，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应3h，待反应结束，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，直至洗涤液呈中性，再将滤饼置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次量取300mL无水乙醇，10mL硅烷偶联剂KH-570，倒入烧杯中，滴加质量分数为6%盐酸，调节pH至3.8，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌反应30min，再加入100g上述所得干燥滤饼，继续恒温搅拌反应2h，过滤，收集滤饼，并用甲苯洗涤2次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得硅烷偶联剂改性滤饼；在三口烧瓶中，依次加入80g丙烯酸，200mL质量分数为10%氢氧化钠溶液，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，以300r/min转速搅拌混合20min后，再加入60g丙烯酰胺，100g上述所得硅烷偶联剂改性滤饼，400mL去离子水，随后于转速为600r/min条件下搅拌混合20min；待搅拌混合结束，调节温度至75℃，搅拌转速至300r/min，在恒温搅拌状态下，向上述三口烧瓶中加入3g过硫酸钾，1gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续恒温搅拌反应2h，待反应结束，离心分离，收集下层沉淀物，并用去离子水洗涤3次，再将洗涤后的下层沉淀物置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再经研钵研磨成粉，随后与42.5号普通硅酸盐水泥按质量比为3：1混合均匀，即得疏浚淤泥资源化专用固化剂。
在混料机中依次加入150kg本发明所得疏浚淤泥资源化专用固化剂，400kg粉煤灰，40kg石膏，以300r/min转速搅拌混合45min后，制得混合粉末，随后将混合粉末按掺杂量为100kg/m3添加至疏浚淤泥中，并经淤泥固化处理机搅拌混合均匀，随后集中堆放于空地上，持续养护28天，在养护过程中，每隔2天按洒水量为400mL/m2对淤泥表面洒水养护，即可得到固化轻质土。经取样检测，所得固化轻质土密度为1.28g/cm3，无侧限抗压强度可达3.4MPa，变形率为1.2%。
实例2
依次称取450g硅藻土，350g稻壳，置于烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，再将烘箱中物料转入球磨机中，按球料质量比为15：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合50min后，过180目筛，得混合粉末，并将所得混合粉末转入马弗炉，于温度为480℃条件下，煅烧30min，待随炉冷却至室温，出料，得煅烧混合粉末；在三口烧瓶中依次加入350g上述所得煅烧混合粉末，700mL浓度为0.1mol/L盐酸，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为700r/min条件下，恒温搅拌反应4h，待反应结束，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，直至洗涤液呈中性，再将滤饼置于烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次量取350mL无水乙醇，11mL硅烷偶联剂KH-570，倒入烧杯中，滴加质量分数为7%盐酸，调节pH至4.0，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为62℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应35min，再加入120g上述所得干燥滤饼，继续恒温搅拌反应3h，过滤，收集滤饼，并用甲苯洗涤3次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，得硅烷偶联剂改性滤饼；在三口烧瓶中，依次加入90g丙烯酸，260mL质量分数为15%氢氧化钠溶液，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，以400r/min转速搅拌混合25min后，再加入70g丙烯酰胺，110g上述所得硅烷偶联剂改性滤饼，500mL去离子水，随后于转速为700r/min条件下搅拌混合30min；待搅拌混合结束，调节温度至78℃，搅拌转速至400r/min，在恒温搅拌状态下，向上述三口烧瓶中加入4g过硫酸钾，2gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续恒温搅拌反应3h，待反应结束，离心分离，收集下层沉淀物，并用去离子水洗涤4次，再将洗涤后的下层沉淀物置于烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，再经研钵研磨成粉，随后与42.5号普通硅酸盐水泥按质量比为2：1混合均匀，即得疏浚淤泥资源化专用固化剂。
在混料机中依次加入200kg本发明所得疏浚淤泥资源化专用固化剂，500kg粉煤灰，50kg石膏，以400r/min转速搅拌混合50min后，制得混合粉末，随后将混合粉末按掺杂量为110kg/m3添加至疏浚淤泥中，并经淤泥固化处理机搅拌混合均匀，随后集中堆放于空地上，持续养护29天，在养护过程中，每隔3天按洒水量为450mL/m2对淤泥表面洒水养护，即可得到固化轻质土。经取样检测，所得固化轻质土密度为1.38g/cm3，无侧限抗压强度可达4.6MPa，变形率为1.8%。
实例3
依次称取500g硅藻土，400g稻壳，置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再将烘箱中物料转入球磨机中，按球料质量比为20：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合60min后，过200目筛，得混合粉末，并将所得混合粉末转入马弗炉，于温度为500℃条件下，煅烧40min，待随炉冷却至室温，出料，得煅烧混合粉末；在三口烧瓶中依次加入400g上述所得煅烧混合粉末，800mL浓度为0.2mol/L盐酸，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为90℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h，待反应结束，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，直至洗涤液呈中性，再将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次量取400mL无水乙醇，12mL硅烷偶联剂KH-570，倒入烧杯中，滴加质量分数为8%盐酸，调节pH至4.2，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为65℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应50min，再加入150g上述所得干燥滤饼，继续恒温搅拌反应4h，过滤，收集滤饼，并用甲苯洗涤4次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得硅烷偶联剂改性滤饼；在三口烧瓶中，依次加入100g丙烯酸，300mL质量分数为20%氢氧化钠溶液，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，以500r/min转速搅拌混合30min后，再加入80g丙烯酰胺，120g上述所得硅烷偶联剂改性滤饼，600mL去离子水，随后于转速为800r/min条件下搅拌混合40min；待搅拌混合结束，调节温度至80℃，搅拌转速至500r/min，在恒温搅拌状态下，向上述三口烧瓶中加入5g过硫酸钾，3gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，继续恒温搅拌反应4h，待反应结束，离心分离，收集下层沉淀物，并用去离子水洗涤5次，再将洗涤后的下层沉淀物置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再经研钵研磨成粉，随后与42.5号普通硅酸盐水泥按质量比为1：1混合均匀，即得疏浚淤泥资源化专用固化剂。
在混料机中依次加入250kg本发明所得疏浚淤泥资源化专用固化剂，600kg粉煤灰，60kg石膏，以500r/min转速搅拌混合60min后，制得混合粉末，随后将混合粉末按掺杂量为120kg/m3添加至疏浚淤泥中，并经淤泥固化处理机搅拌混合均匀，随后集中堆放于空地上，持续养护30天，在养护过程中，每隔4天按洒水量为500mL/m2对淤泥表面洒水养护，即可得到固化轻质土。经取样检测，所得固化轻质土密度为1.45g/cm3，无侧限抗压强度可达5.4MPa，变形率为2.0%。