一种淤泥固化改性剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及e01c3/04领域，具体涉及一种淤泥固化改性剂及其制备方法。


背景技术：

2.伴随着现代化建设与发展，滨海城市淤泥产量越来越大，淤泥有含水量高，强度低，渗透性差等特性，这些特性导致其工程特性差，不适宜作为工程材料进行利用。将淤泥固化改性剂掺杂在淤泥中可以降低含水量，有效改良淤泥的力学性能，改性后的淤泥可以应用在公路建设中，实现废弃物的资源利用。
3.cn102583952a公开了一种淤泥固化剂，包括水泥、有机膨润土，用作处理路基淤泥填料的固化剂，该固化剂能有效吸收淤泥中的自由水，提高淤泥强度，改善淤泥路用性能。
4.cn107522436b公开了一种淤泥固化剂及其制备方法和应用方法，制备原料包括聚丙烯酸钠、生物质活性炭、木质素磺酸钠、聚轮烷、水泥等成分。该固化剂原料无毒无害，能够大规模应用，在有效降低淤泥的含水率，提高淤泥的强度的同时，还可以有效封存淤泥中的重金属和有机物，避免污染物二次暴露的风险。
5.但是上述淤泥固化剂均不适合在含水量大于50％的淤泥体系使用。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明一方面公开了一种淤泥固化改性剂，按质量份计，所述固化改性剂包括30-40份cao、35-55份caco3、6-12份sio2、6-12份al2o3、3-8份fe2o3、0.1-0.3份tio2、0.1-0.5份氯化钙、0.4-4份减水剂、0.5-1份白炭黑。
7.所述减水剂选自具有三维网状结构的复杂有机聚合物和聚羧酸减水剂中的一种或多种。
8.所述减水剂为具有三维网状结构的复杂有机聚合物和聚羧酸减水剂的复配，质量比为(1-1.5)：(0.5-1)。
9.进一步，所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香族羟基以及醌基。
10.进一步，所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物还含磺酸基团。
11.进一步，所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物的制备方法为：
12.s1：氧化，按质量份，加入5-10份木素磺酸钙与1-2份质量浓度为8-10％的过氧化氢，在60-70℃下，反应1-1.5h。
13.s2:磺化，按质量份，加入1-3份质量浓度30-35％的亚硫酸氢钠及2-3份质量浓度5-8％甲醛，调节ph为9-10，升温至90-100℃，反应3-4h，即得具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
14.s3：物理筛选，采用超滤法，筛选出平均分子量为5000-8000的具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
15.在过氧化氢的氧化作用下，可以暴露出木素磺酸钙更多的活性位点，在亚硫酸氢
钠的作用下，给木素磺酸钙引入更多的磺酸基团，提高亲水能力，增强减水效果，同时，也可以使得部分羟基被氧化成羧基，缩短凝结时间，在碱性环境下加入甲醛，可以保证木素磺酸钙的缩合反应不断进行，生成更多平均分子量高的具有三维网状结构的复杂有机聚合物，在后续物理筛选过程中，可以得到更多的符合本发明要求的具有三维网状结构的复杂有机聚合物。本技术人发现，通过上述方法制备得到的具有三维网状结构的复杂有机聚合物，少量加入既可以起到很好的减水作用，并且可以缩短凝结时间。
16.所述聚羧酸减水剂购自于山东万山化工有限公司，型号为fdn-c。
17.所述白炭黑为气相二氧化硅。
18.进一步，所述气相二氧化硅比表面积为350-400m2/g。
19.所述气相二氧化硅购自于湖北汇富纳米材料股份有限公司，型号为hl-380。
20.本发明另一方面公开了所述淤泥固化改性剂的制备方法，按质量份计，将所述原料混合即得。
21.有益效果：
22.1、本发明按质量份加入30-40份cao、35-55份caco3、6-12份sio2、6-12份al2o3可以吸收大量水分，提高土壤硬度。
23.2、本发明使用具有三维网状结构的复杂有机聚合物和聚羧酸减水剂三种减水剂复配，可以在固化含水量高达70％的淤泥，固化效果好，具有早强效果，4小时后施工效果下降。
24.3、本发明使用具有三维网状结构的复杂有机聚合物并添加气相二氧化硅，可以提高流动性，在凝结前，浆体流动性好，施工效果好。
25.4、本发明公开的淤泥固化改性剂制备工艺简单，安全环保。
具体实施方式
26.实施例1
27.本实施例1一方面公开了一种淤泥固化改性剂，按质量份计，所述固化改性剂包括30份cao、35份caco3、6份sio2、6份al2o3、3份fe2o3、0.1份tio2、0.1份氯化钙、0.4份减水剂、0.5份气相二氧化硅。
28.所述减水剂为具有三维网状结构的复杂有机聚合物和聚羧酸减水剂的复配，质量比为1.5：0.5。
29.所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物制备方法为：
30.s1：氧化，按质量份计，5份木素磺酸钙与1份质量浓度为8％过氧化氢，在70℃下，反应1h。
31.s2:磺化，按质量份计，加入1份质量浓度30％的亚硫酸氢钠及2份质量浓度5％甲醛，调节ph为9，升温至100℃，反应4h，即得具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
32.s3：物理筛选，采用超滤法，筛选出平均分子量为5000-8000的具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
33.所述聚羧酸减水剂购自于山东万山化工有限公司，型号为fdn-c。
34.所述气相二氧化硅购自于湖北汇富纳米材料股份有限公司，型号为hl-380，比表面积为380m2/g。
35.本实施例1另一方面公开了所述淤泥固化改性剂的制备方法，按质量份计，将所述原料混合即得。
36.实施例2
37.本实施例2一方面公开了一种淤泥固化改性剂，按质量份计，所述固化改性剂包括40份cao、55份caco3、12份sio2、12份al2o3、8份fe2o3、0.3份tio2、0.5份氯化钙、4份减水剂、1份气相二氧化硅。
38.所述减水剂为具有三维网状结构的复杂有机聚合物和聚羧酸减水剂的复配，质量比为1：1。
39.所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物制备方法为：
40.s1：氧化，按质量份计，加入10份木素磺酸钙与2份质量浓度为10％过氧化氢，在60℃下，反应1.5h。
41.s2:磺化，按质量份计，加入3份质量浓度35％的亚硫酸氢钠及3份质量浓度8％甲醛，调节ph为10，升温至90℃，反应3h，即得具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
42.s3：物理筛选，采用超滤法，筛选出平均分子量为5000-8000的具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
43.所述聚羧酸减水剂购自于山东万山化工有限公司，型号为fdn-c。
44.所述气相二氧化硅购自于湖北汇富纳米材料股份有限公司，型号为hl-380，比表面积为380m2/g。
45.本实施例2另一方面公开了所述淤泥固化改性剂的制备方法，按质量份计，将所述原料混合即得。
46.实施例3
47.本实施例3一方面公开了一种淤泥固化改性剂，按质量份计，所述固化改性剂包括35份cao、50份caco3、10份sio2、8份al2o3、6份fe2o3、0.2份tio2、0.2份氯化钙、2份减水剂、0.5份气相二氧化硅。
48.所述减水剂为具有三维网状结构的复杂有机聚合物和聚羧酸减水剂的复配，质量比为1.2：0.8。
49.所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物制备方法为：
50.s1：氧化，按质量份计，加入8份木素磺酸钙与1.8份质量浓度为8％过氧化氢，在65℃下，反应1.5h。
51.s2:磺化，按质量份计，加入2份质量浓度35％的亚硫酸氢钠及2.5份质量浓度6％甲醛，调节ph为9.5，升温至95℃，反应3.5h，即得具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
52.s3：物理筛选，采用超滤法，筛选出平均分子量为5000-8000的具有三维网状结构的复杂有机聚合物。
53.所述聚羧酸减水剂购自于山东万山化工有限公司，型号为fdn-c。
54.所述气相二氧化硅购自于湖北汇富纳米材料股份有限公司，型号为hl-380，比表面积为380m2/g。
55.本实施例3另一方面公开了所述淤泥固化改性剂的制备方法，按质量份计，将所述原料混合即得。
56.对比例1
57.所述固化改性剂包括60份cao、30份caco3、不添加sio2和al2o3，其余同实施例3。
58.对比例2
59.所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物和聚羧酸减水剂的复配，质量比为1：10，其余同实施例3。
60.对比例3
61.所述具有三维网状结构的复杂有机聚合物为木素磺酸钙，并且不添加气相二氧化硅，其余同实施例3。
62.性能测试
63.将实施例1-3、对比例1-3的淤泥固化改性剂用于固化土壤，土壤含水率为70％，本淤泥固化改性剂掺入量为淤泥质量的30％，按照《公路土工试验规程》(jtg e40-2007)标准，进行加州承载比试验，结果见下表：
[0064][0065]
根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(jtg t0808-2009)，采用(顶面法)对实施例1-3、对比例1-3固化后7天的淤泥固化土的力学性能进行测试，结果见下表：
[0066]