本发明属于路基加固材料技术领域，具体涉及水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料及其制备方法。
背景技术：
我国每年产生大量工业固体废弃物，严重威胁着人类健康与生存环境。例如，水晶制品加工过程中所产生的含有金刚砂、抛光粉、玻璃粉等混合物的水晶污泥，富集了大量as、cr、ni与zn等重金属。其中，as含量高达500mg/kg左右，具有极强的生态危害。此外，我国还是一个净水剂使用大国，每生产1吨聚合氯化铝净水剂，大约产生2.3吨的净水剂废渣。分离提纯过程中，重金属离子同样大量富集在净水剂废渣中。如果不妥善处理这些废弃物，而是随意倾倒，不可避免造成生态环境破坏。
因此，研发一种在解决上述工业废弃物中重金属对环境危害的同时，将其大宗量资源化利用技术，具有良好的社会经济效益。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术各种缺陷和不足，提供水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料及其制备方法，所要解决的技术问题是将水晶污泥、净水剂废渣中重金属离子安全固化，同时提高废弃物利用率，将其应用于公路路基加固。
本发明的具体技术方案是：水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料，其特征在于：按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：30～40％
净水剂废渣：35～43％
电石泥渣：8～12％
液体激发剂：8～12％
碱渣：10～15％
减水剂：0.3～0.5％
消泡剂：0.6～1.0％。
优选的，水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的混有金刚砂、抛光粉、玻璃粉的污泥，含水率≤25％。其中，干基水晶污泥中sio2重量比为40～45％，al2o3重量比为15～20％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
优选的，净水剂废渣为铝矾土、煤矸石或高岭土生产聚合氯化铝净水剂过程中产生的废渣，含水率≤25％。其中，干基净水剂废渣中sio2重量比为10～14％，al2o3重量比为32～38％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
优选的，电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率≤12％。其中，干基电石泥渣中ca(oh)2重量比≥80％。其作用在于：一方面，部分电石泥渣中的ca(oh)2在煅烧炉中分解生成cao，遇水反应生成膨胀性产物ca(oh)2，在补偿地聚合物收缩的同时，还可以作为激发剂，提高地聚合物的强度；另一方面，剩余电石泥渣中的ca(oh)2直接增加地聚合物体系中的ca2+，加快解聚与缩聚反应。
优选的，液体激发剂为铝加工行业废煲模溶液，其中naoh浓度为420～450g/l。其作用在于naoh激发水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3，通过解聚与缩聚反应，生成低钙硅比的水化硅铝酸钙，形成地聚合物。地聚合物由环状分子之间结合所形成的密闭空腔(笼状)，可以把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内，同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子。因此，反应所生成的地聚合物可以把水晶污泥、净水剂废渣中的重金属离子牢固的固化，保证地聚合物注浆材料不会造成路基土壤污染。
优选的，碱渣为工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，其中，caso4重量比为12～15％、cacl2重量比为11～13％、nacl重量比为6～8％。其作用在于碱渣中的caso4、cacl2及nacl可以增加地聚物体系中的so42-、ca2+和cl-，复合叠加增强激发效果，与水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3反应生成钙矾石、氯钙复盐及水化硅铝酸钙，进一步提高地聚物的强度及对重金属离子的固化能力。
优选的，减水剂为保坍增粘型聚羧酸系高性能减水剂，粉剂，减水率≥35％，2h坍落度损失率﹤5％，用水量敏感度为5～8kg。其作用在于提高地聚物注浆材料的流动性、填充性与抗离析性能，保证公路路基加固的可靠性。
优选的，消泡剂为改性聚硅氧烷类粉状消泡剂，其作用在于消除地聚物注浆材料搅拌制备过程中引入的有害气泡，避免出现小泡串成大泡，降低固化地聚合物注浆材料基体的孔隙率。
采用上述的水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)热活性激发处理：将水晶污泥、净水剂废渣和4～6％的电石泥渣搅拌混合4～6min，转移至煅烧炉内用110～130℃烘干脱水30～40min。然后，炉内温度升高至700～750℃，煅烧40～60min，得到高活性硅铝材料；
(2)电石泥渣脱水处理：将剩余电石泥渣在烘干箱内用110～130℃烘干脱水30～40min，得到干基电石泥渣；
(3)将高活性硅铝材料、干基电石泥渣、碱渣、减水剂与消泡剂采用球磨机粉磨，球磨机的研磨体为钢锻与钢球，其质量比为2：1～3：1，勃氏比表面积为400～450m2/kg，得到地聚合物注浆材料粉剂；
(4)将地聚合物注浆材料粉剂、液体激发剂与15～17％水加入高速搅拌机，搅拌速度为8～12m/s，搅拌的时间为4～6min，制备得到基于水晶污泥和净水剂废渣的地聚合物注浆材料。
本发明由于采用了以上的技术方案，具有下列优点：
1.本发明利用碱渣、液体激发剂和电石泥渣叠加激发水晶污泥、净水剂废渣中热激活的sio2、al2o3，辅以减水剂、消泡剂，制备得到基于水晶污泥和净水剂废渣的地聚合物注浆材料，可以用于加固公路路基，提高利用率，实现工业废弃物大宗量资源化利用。
2.本发明利用地聚合物独特的密闭空腔，将水晶污泥、净水剂废渣中富集的重金属离子牢固的固化在晶体结构中，同时优化地聚合物的si/al比，提高铝的含量，从而增加铝离子对重金属离子的吸附能力。化学固化、吸附固化与机械固化三种固化能力叠加，实现工业废弃物无毒化利用。
3.本发明使用大量工业废弃物，减少其对生态环境的污染，同时赋予其高附加值，具有较好社会效益与经济效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料，按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：37％
净水剂废渣：35％
电石泥渣：8％
液体激发剂：9％
碱渣：10％
减水剂：0.4％
消泡剂：0.6％。
水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的混有金刚砂、抛光粉、玻璃粉的污泥，含水率18％。其中，干基水晶污泥中sio2重量比为40％，al2o3重量比为15％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
净水剂废渣为铝矾土生产聚合氯化铝净水剂过程中产生的废渣，含水率15％。其中，干基净水剂废渣中sio2重量比为10％，al2o3重量比为32％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率10％。其中，干基电石泥渣中ca(oh)2重量比为82％。其作用在于：一方面，部分电石泥渣中的ca(oh)2在煅烧炉中分解生成cao，遇水反应生成膨胀性产物ca(oh)2，在补偿地聚合物收缩的同时，还可以作为激发剂，提高地聚合物的强度；另一方面，剩余电石泥渣中的ca(oh)2直接增加地聚合物体系中的ca2+，加快解聚与缩聚反应。
液体激发剂为铝加工行业废煲模溶液，其中naoh浓度为432g/l。其作用在于naoh激发水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3，通过解聚与缩聚反应，生成低钙硅比的水化硅铝酸钙，形成地聚合物。地聚合物由环状分子之间结合所形成的密闭空腔(笼状)，可以把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内，同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子。因此，反应所生成的地聚合物可以把水晶污泥、净水剂废渣中的重金属离子牢固的固化，保证地聚合物注浆材料不会造成路基土壤污染。
碱渣为工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，其中，caso4重量比为14％、cacl2重量比为11.5％、nacl重量比为6.6％。其作用在于碱渣中的caso4、cacl2及nacl可以增加地聚物体系中的so42-、ca2+和cl-，复合叠加增强激发效果，与水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3反应生成钙矾石、氯钙复盐及水化硅铝酸钙，进一步提高地聚物的强度及对重金属离子的固化能力。
减水剂为保坍增粘型聚羧酸系高性能减水剂，粉剂，减水率≥35％，2h坍落度损失率﹤5％，用水量敏感度为5～8kg。其作用在于提高地聚物注浆材料的流动性、填充性与抗离析性能，保证公路路基加固的可靠性。
消泡剂为改性聚硅氧烷类粉状消泡剂，其作用在于消除地聚物注浆材料搅拌制备过程中引入的有害气泡，避免出现小泡串成大泡，降低固化地聚合物注浆材料基体的孔隙率。
采用上述的水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)热活性激发处理：将水晶污泥、净水剂废渣和4％的电石泥渣搅拌混合6min，转移至煅烧炉内用130℃烘干脱水30min。然后，炉内温度升高至750℃，煅烧40min，得到高活性硅铝材料；
(2)电石泥渣脱水处理：将剩余电石泥渣在烘干箱内用130℃烘干脱水30min，得到干基电石泥渣；
(3)将高活性硅铝材料、干基电石泥渣、碱渣、减水剂与消泡剂采用球磨机粉磨，球磨机的研磨体为钢锻与钢球，其质量比为2：1，勃氏比表面积为400m2/kg，得到地聚合物注浆材料粉剂；
(4)将地聚合物注浆材料粉剂、液体激发剂与15％水加入高速搅拌机，搅拌速度为12m/s，搅拌的时间为6min，制备得到基于水晶污泥和净水剂废渣的地聚合物注浆材料。
依据sz-g-b04-2007《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程》对所制备的地聚合料注浆材料进行性能测试，得到其初始流动度14.2s、泌水率0、膨胀率0.05％、耐水性104％、1d抗压强度25.8mpa、7d抗压强度38.5mpa、28d抗压强度49.2mpa。参照gb14569.1-2011《低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》进行测试，地聚合物注浆材料硬化体重金属as第42d浸出率3.1×10-4cm/d。
实施例2
水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料，按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：30％
净水剂废渣：40.5％
电石泥渣：9％
液体激发剂：9％
碱渣：10％
减水剂：0.5％
消泡剂：1.0％。
水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的混有金刚砂、抛光粉、玻璃粉的污泥，含水率20％。其中，干基水晶污泥中sio2重量比为43％，al2o3重量比为18％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
净水剂废渣为煤矸石生产聚合氯化铝净水剂过程中产生的废渣，含水率19％。其中，干基净水剂废渣中sio2重量比为13％，al2o3重量比为35％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率7％。其中，干基电石泥渣中ca(oh)2重量比为86％。其作用在于：一方面，部分电石泥渣中的ca(oh)2在煅烧炉中分解生成cao，遇水反应生成膨胀性产物ca(oh)2，在补偿地聚合物收缩的同时，还可以作为激发剂，提高地聚合物的强度；另一方面，剩余电石泥渣中的ca(oh)2直接增加地聚合物体系中的ca2+，加快解聚与缩聚反应。
液体激发剂为铝加工行业废煲模溶液，其中naoh浓度为442g/l。其作用在于naoh激发水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3，通过解聚与缩聚反应，生成低钙硅比的水化硅铝酸钙，形成地聚合物。地聚合物由环状分子之间结合所形成的密闭空腔(笼状)，可以把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内，同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子。因此，反应所生成的地聚合物可以把水晶污泥、净水剂废渣中的重金属离子牢固的固化，保证地聚合物注浆材料不会造成路基土壤污染。
碱渣为工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，其中，caso4重量比为12.5％、cacl2重量比为12％、nacl重量比为7.2％。其作用在于碱渣中的caso4、cacl2及nacl可以增加地聚物体系中的so42-、ca2+和cl-，复合叠加增强激发效果，与水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3反应生成钙矾石、氯钙复盐及水化硅铝酸钙，进一步提高地聚物的强度及对重金属离子的固化能力。
减水剂为保坍增粘型聚羧酸系高性能减水剂，粉剂，减水率≥35％，2h坍落度损失率﹤5％，用水量敏感度为5～8kg。其作用在于提高地聚物注浆材料的流动性、填充性与抗离析性能，保证公路路基加固的可靠性。
消泡剂为改性聚硅氧烷类粉状消泡剂，其作用在于消除地聚物注浆材料搅拌制备过程中引入的有害气泡，避免出现小泡串成大泡，降低固化地聚合物注浆材料基体的孔隙率。
采用上述的水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)热活性激发处理：将水晶污泥、净水剂废渣和6％的电石泥渣搅拌混合4min，转移至煅烧炉内用110℃烘干脱水40min。然后，炉内温度升高至700℃，煅烧60min，得到高活性硅铝材料；
(2)电石泥渣脱水处理：将剩余电石泥渣在烘干箱内用110℃烘干脱水40min，得到干基电石泥渣；
(3)将高活性硅铝材料、干基电石泥渣、碱渣、减水剂与消泡剂采用球磨机粉磨，球磨机的研磨体为钢锻与钢球，其质量比为3：1，勃氏比表面积为450m2/kg，得到地聚合物注浆材料粉剂；
(4)将地聚合物注浆材料粉剂、液体激发剂与17％水加入高速搅拌机，搅拌速度为8m/s，搅拌的时间为4min，制备得到基于水晶污泥和净水剂废渣的地聚合物注浆材料。
依据sz-g-b04-2007《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程》对所制备的地聚合料注浆材料进行性能测试，得到其初始流动度15.6s、泌水率0、膨胀率0.07％、耐水性106％、1d抗压强度24.1mpa、7d抗压强度36.2mpa、28d抗压强度46.5mpa。参照gb14569.1-2011《低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》进行测试，地聚合物注浆材料硬化体重金属as第42d浸出率4.8×10-4cm/d。
实施例3
水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料，按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：32％
净水剂废渣：36％
电石泥渣：10％
液体激发剂：9％
碱渣：12％
减水剂：0.3％
消泡剂：0.7％。
水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的混有金刚砂、抛光粉、玻璃粉的污泥，含水率21％。其中，干基水晶污泥中sio2重量比为45％，al2o3重量比为19.6％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
净水剂废渣为高岭土生产聚合氯化铝净水剂过程中产生的废渣，含水率20％。其中，干基净水剂废渣中sio2重量比为13.8％，al2o3重量比为37.5％。其作用在于为地聚合物体系提供所需的活性sio2与al2o3，同时优化地聚合物的si/al比在1～1.5之间，也就是增加地聚合物水化产物中的铝离子，从而增加对重金属离子的吸附固化作用。
电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率8％。其中，干基电石泥渣中ca(oh)2重量比为88％。其作用在于：一方面，部分电石泥渣中的ca(oh)2在煅烧炉中分解生成cao，遇水反应生成膨胀性产物ca(oh)2，在补偿地聚合物收缩的同时，还可以作为激发剂，提高地聚合物的强度；另一方面，剩余电石泥渣中的ca(oh)2直接增加地聚合物体系中的ca2+，加快解聚与缩聚反应。
液体激发剂为铝加工行业废煲模溶液，其中naoh浓度为426g/l。其作用在于naoh激发水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3，通过解聚与缩聚反应，生成低钙硅比的水化硅铝酸钙，形成地聚合物。地聚合物由环状分子之间结合所形成的密闭空腔(笼状)，可以把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内，同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子。因此，反应所生成的地聚合物可以把水晶污泥、净水剂废渣中的重金属离子牢固的固化，保证地聚合物注浆材料不会造成路基土壤污染。
碱渣为工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，其中，caso4重量比为13.4％、cacl2重量比为12.8％、nacl重量比为7.6％。其作用在于碱渣中的caso4、cacl2及nacl可以增加地聚物体系中的so42-、ca2+和cl-，复合叠加增强激发效果，与水晶污泥、净水剂废渣中的活性sio2、al2o3反应生成钙矾石、氯钙复盐及水化硅铝酸钙，进一步提高地聚物的强度及对重金属离子的固化能力。
减水剂为保坍增粘型聚羧酸系高性能减水剂，粉剂，减水率≥35％，2h坍落度损失率﹤5％，用水量敏感度为5～8kg。其作用在于提高地聚物注浆材料的流动性、填充性与抗离析性能，保证公路路基加固的可靠性。
消泡剂为改性聚硅氧烷类粉状消泡剂，其作用在于消除地聚物注浆材料搅拌制备过程中引入的有害气泡，避免出现小泡串成大泡，降低固化地聚合物注浆材料基体的孔隙率。
采用上述的水晶污泥和净水剂废渣地聚合物注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)热活性激发处理：将水晶污泥、净水剂废渣、5％的电石泥渣搅拌混合5min，转移至煅烧炉内用120℃烘干脱水35min。然后，炉内温度升高至730℃，煅烧50min，得到高活性硅铝材料；
(2)电石泥渣脱水处理：将剩余电石泥渣在烘干箱内用120℃烘干脱水35min，得到干基电石泥渣；
(3)将高活性硅铝材料、干基电石泥渣、碱渣、减水剂与消泡剂采用球磨机粉磨，球磨机的研磨体为钢锻与钢球，其质量比为2：1，勃氏比表面积为450m2/kg，得到地聚合物注浆材料粉剂；
(4)将地聚合物注浆材料粉剂、液体激发剂与16％水加入高速搅拌机，搅拌速度为10m/s，搅拌的时间为5min，制备得到基于水晶污泥和净水剂废渣的地聚合物注浆材料。
依据sz-g-b04-2007《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程》对所制备的地聚合料注浆材料进行性能测试，得到其初始流动度14.9s、泌水率0、膨胀率0.06％、耐水性103％、1d抗压强度26.4mpa、7d抗压强度37.1mpa、28d抗压强度47.9mpa。参照gb14569.1-2011《低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》进行测试，地聚合物注浆材料硬化体重金属as第42d浸出率3.8×10-4cm/d。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。