一种掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料及其制备方法和用途与流程

本发明属于固废资源化利用领域，具体为掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料，尤其涉及一种利用工程渣土、给水厂污泥、再生细集料、钢渣粉、工业副产石膏等固废制备掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料及其制备方法和用途。

背景技术：

1、随着上海市城市化进程的加快，城市人口的迅速增长，给水厂污泥的产量也在迅速增加，根据不完全统计，上海市每年产生约20万吨含水率约70％的给水厂污泥，其热值仅有传统市政污水厂污泥热值的20％左右，难以焚烧减量。因含水量较高、有机质含量高及性能差异大等特点限制了给水厂污泥安全资源化利用。考虑到给水厂污泥的理化性质，若将掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料应用于道路底基层，不仅可以解决给水厂污泥的堆放、占地问题，还能推动给水厂污泥资源化利用，可创造显著的社会、经济和环境效益。

2、利用助剂调节给水厂污泥的含水率、级配、塑性指数，调理剂调控含水量与环境安全性，土体固化剂中ca(oh)2、al2o3、sio2组分促进掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料的力学性能提升，但目前利用多源固废制备掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料仍需要考虑以下几点问题：(1)掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料所采用的原料以及原料配比；(2)掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料是否能满足jtg/t f20-2015《公路路面基层施工技术细则》、《水泥基再生材料的环境安全性检测标准》(cecs 397-2015)等标准性能要求。

3、鉴于上述情况，业界亟待研发一种掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料及其制备方法，减少资源消耗，降低生产成本的同时，提高工程渣土、给水厂污泥、再生细集料、钢渣粉、工业副产石膏等固废的资源化利用水平，解决给水厂污泥、工程渣土安全和环境问题，具有显著的社会、经济和环境效益。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的主要目的是提供一种掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料，以工程渣土、给水厂污泥、再生细集料、调理剂、硅酸盐水泥、钢渣粉、工业副产石膏、复合掺合料、ph调节剂、表面活性剂等为原材料，提高工程渣土、给水厂污泥、再生细集料、钢渣粉、工业副产石膏等固废的资源化利用水平，利用助剂调节体系的含水量、级配、塑性指数，调理剂调控体系的含水量与环境安全性，基于多源固废协同效应，土体固化剂中al2o3、sio2与ca(oh)2反应生成c-a-s-h、c-s-h、c-a-h凝胶与aft等，使低碳道路底基层材料具有良好的密实度、力学性能、水稳定性和环境安全性。

2、本发明的另一目的是提供上述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料的制备方法，通过对掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料的原材料及配比的选择，制备出满足jtg/tf20-2015《公路路面基层施工技术细则》、《水泥基再生材料的环境安全性检测标准》(cecs397-2015)等标准性能要求的掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料，降低生产成本，还能推动多源固体废弃物的资源化利用，具有显著的社会、经济和环境效益。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、本发明的第一方面提供了一种掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料，按照重量百分比计，包括如下成分：调理剂0.5～4％，给水厂污泥2～20％，助剂0.01％～30％，工程渣土：50％～95％，土体固化剂：5％～15％。

5、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料包括以下组分：调理剂2份，给水厂污泥10份，助剂10份，工程渣土70份，土体固化剂：8份。

6、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料包括以下组分：调理剂1份，给水厂污泥10份，助剂5份，工程渣土78份，土体固化剂：6份。

7、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料包括以下组分：调理剂1份，给水厂污泥5份，助剂10份，工程渣土79份，土体固化剂：5份。

8、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料包括以下组分：调理剂2份，给水厂污泥10份，助剂20份，工程渣土60份，土体固化剂：8份。

9、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料包括以下组分：调理剂1份，给水厂污泥10份，助剂10份，工程渣土74份，土体固化剂：5份。

10、按照重量百分比计，所述土体固化剂包括以下成分：硅酸盐水泥：15％～30％，钢渣粉：15％～30％，工业副产石膏：20％～30％，复合掺合料：30％～50％，ph调节剂1～5％，表面活性剂：0.01％～0.8％。

11、优选地，所述表面活性剂为木质磺酸盐、三乙醇胺中的一种或几种。

12、优选地，所述工程渣土的天然含水量为15％～50％，塑性指数为7％～25％，有机质含量<5％。

13、优选地，所述给水厂污泥：含水率为40％～80％，ph 6～8，有机质含量<25％，汞含量0.02～0.08mg/kg，砷含量10～80mg/kg，铅含量10～120mg/kg，铜含量30～90mg/kg，镍含量10～80mg/kg。

14、优选地，所述助剂为再生细集料，所述再生细集料为建筑垃圾中混凝土、砂浆、石块、砖瓦等加工而成，粒径<4.75mm的再生集料，吸水率为6％～15％，表观密度为2100～2500kg/m3，石粉含量为0～1％，压碎指标为20％～38％。

15、优选地，所述调理剂选自生石灰和/或灰钙等，其有效氧化钙含量>70％。

16、优选地，所述钢渣粉中cao：35％～50％，fe2o3：20％～35％，sio2：5％～10％，f-cao≤15％。

17、优选地，所述工业副产石膏包括磷石膏、脱硫石膏中的一种或几种，纯度>80％，ph为5～12，细度(80μm方孔筛筛余)<5％。

18、优选地，所述复合掺合料为由粉煤灰、矿渣粉、石灰石粉与激发剂复配粉磨而成；其中，按照重量百分百计，所述粉煤灰为20％～50％，所述矿渣粉为50％～80％，石灰石粉为0.01％～10％，所述激发剂为0.01％～2％；其中所述激发剂选自cao、naoh或者石膏，优选为cao。

19、本发明的第二方面提供了所述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料的制备方法，包括以下步骤：

20、(1)工程渣土预处理：工程渣土天然含水率为15％～50％，需晾晒处理，控制工程渣土的含水率低于15％。

21、(2)给水厂污泥预处理：给水厂污泥含水率为40％～80％，向其中掺入预定量的调理剂、助剂混合均匀，调控含水率、级配，并进行晾晒处理，测试混合料a含水率并控制混合料a含水率低于15％。

22、(3)配制土体固化剂：按投料顺序依次将称取好的硅酸盐水泥、钢渣粉、工业副产石膏、复合掺合料、ph调节剂、表面活性剂加料至搅拌机中搅拌2～3min，混合均匀，出料，得到土体固化剂。

23、(4)通过击实试验确定掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料最佳含水量、最大干密度，根据最佳含水量、最大干密度计算掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料的加水量。

24、(5)将预处理的工程渣土、混合料a加料至搅拌机中搅拌2～3min，混合均匀，加入水(按预定加水质量预留2％左右的水)，搅拌2min，搅拌均匀，密封浸润12～36h；在试件成型前1h内，加入预定量的步骤(4)的土体固化剂和预留的2％左右的水并拌和均匀成型，脱模，得到掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料。

25、本发明的第三方面提供了上述掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料在道路底基层中的应用，可用于高速公路和一级公路中、轻交通以及二级及二级以下公路重、中、轻交通底基层材料。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

27、(1)本发明通过对掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料的组分选择，采用工程渣土、给水厂污泥、调理剂、助剂、硅酸盐水泥、钢渣粉、工业副产石膏、复合掺合料、ph调控剂以及表面活性剂，通过配方调整制备出满足jtg/t f20-2015《公路路面基层施工技术细则》、《水泥基再生材料的环境安全性检测标准》(cecs 397-2015)等标准性能要求的掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料，降低生产成本，提高工程渣土、给水厂污泥、钢渣粉、工业副产石膏等固废的资源化利用水平。

28、(2)本发明的助剂调节体系的含水量、级配、塑性指数，调理剂调控体系的环境安全性，同时利用土体固化剂中al2o3、sio2与ca(oh)2反应生成c-a-s-h、c-s-h、c-a-h凝胶与aft等水化产物，提高掺给水厂污泥的低碳道路底基层材料力学性能；并通过物理包裹、沉淀、吸附及离子置换作用将重金属离子进行了固化/稳定化，以实现资源利用最大化、性能最佳化和经济成本最优化原则。