一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法及应用

1.本技术涉及废料回收再生领域，尤其涉及一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法及应用。


背景技术：

2.由桩基开挖、盾构开挖以及市政工程得到的高含水淤泥质废弃渣土通常有机质的含量高，一般在5％以上，而传统的淤泥质渣土改良工艺难以处理这类渣土，因此这类渣土往往弃存在堆土场中，由此会造成占用耕地、环境污染和工程灾害问题。同时由于工程渣土中通常包含混凝土块、砖块和石头等杂物，这也增加这类渣土的利用难度。
3.目前针对淤泥质废弃渣土的利用，是以将淤泥质渣土与固化剂进行拌合，但是常规的拌合固化工艺在处理含有机质淤泥质工程渣土时，无法解决含有机质问题，此外还存在拌合不均匀，甚至易被异物卡主的风险，从而导致生产效率低下、安全性不足等问题，因此对高含水富有机质淤泥质工程渣土进行资源化利用时需要更为高效的固化改良工艺。
4.但是目前的固化改良工艺仅仅针对的是普通淤泥质土壤，如专利cn202110710405.4、专利cn202111657218.0中提出的工艺方法，而由于高含水富有机质淤泥质的工程渣土存在含有机质、含水大、液限高、以及工程力学性能差等问题，仅仅通过现有的固化改良工艺无法同时解决以上问题，因此如何通过改良工艺实现该类渣土的降有机质、降含水、改善工程力学性能，是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法及应用，以解决现有技术中传统的固化改良工艺无法有效的处理高含水富有机质淤泥质工程渣土的技术问题。
6.第一方面，本技术提供了一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法，所述方法包括：
7.向工程渣土的表面摊铺第一拌合材料，后进行第一拌合，以增加所述工程渣土的疏水性，得到第一拌合物料；
8.混合所述第一拌合物料和第二拌合材料，后进行破碎和第二拌合，以使所述第一拌合物料有机质含量降低至5％以下，得到第二拌合物料；
9.向所述第二拌合物料加入第三拌合材料，后进行第三拌合，以固化所述第二拌合物料，得到固化改良的工程渣土；
10.其中，所述第一拌合材料的添加量由所述工程渣土的含水率进行确定，所述第二拌合材料的添加量由所述第一拌合物料的有机质含量和含水率进行确定。
11.可选的，所述第一拌合材料包括生石灰、粉煤灰、炉渣、细砂、钢渣和焚烧渣中的至少一种。
12.可选的，若所述工程渣土的含水率以gb/t52123-2019标准计w0≤30，则所述第一
拌合材料的添加量占所述工程渣土的干重比例n1为0～1％；
13.若所述工程渣土的含水率以gb/t52123-2019标准计w0满足35≤w0≤45，则所述第一拌合材料的添加量占所述工程渣土的干重的比例n1满足：
14.n1＝(w
0-30)*(10％～20％)。
15.可选的，所述第二拌合材料包括过硫酸钠和/或高锰酸钾。
16.可选的，所述第二拌合材料的添加量占所述第一拌合物料的干重的比例n2满足：
17.n2＝(m
0-5％)*(10％～40％)，
18.式中，m0为所述第一拌合物料的有机质含量。
19.可选的，所述第三拌合材料包括水泥、矿渣、石灰和粉煤灰中至少一种。
20.可选的，所述第三拌合材料的添加量占所述第二拌合物料的比例n3为2％～10％。
21.可选的，所述工程渣土使用前还包括：
22.测定工程渣土的含水率；
23.根据所述含水率的大小，判断是否需要对工程渣土进行压滤；
24.若是，则对所述工程渣土进行压滤。
25.可选的，所述根据所述含水率的大小，判断是否需要对工程渣土进行压滤，具体包括：
26.根据所述含水率和标准含水率的大小，判断是否需要对工程渣土进行压滤；
27.若所述含水率≥所述标准含水率，则对所述工程渣土进行压滤；
28.若所述含水率＜所述标准含水率，则进行下一步。
29.第二方面，本技术提供了一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法的应用，所述应用包括将第一方面所述的方法用于高含水富有机质淤泥质工程渣土再生路基填料的制备中。
30.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
31.本技术实施例提供的一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法，通过采用梯度拌合的方式，先利用第一拌合材料进行第一拌合以增加渣土孔隙，从而提高水的渗流速度，降低高含水富有机质淤泥质工程渣土的保水性，从而达到快速降水的目的，有助于杂物的筛除，使得破碎好拌合效果更好，再通过第二拌合材料进行破碎和第二拌合，通过对有机质的氧化作用改变有机质结构，已达到分解部分有机质的目的，从而降低工程渣土的有机质含量至5％以下，最后利用第三拌合材料进行第三拌合，第三拌合材料可反应生成水化胶凝产物，从而达到固化渣土增加其工程力学性能使其满足实际工程需求的目的，同时第一拌合材料的添加量与渣土的含水率有关，第二拌合材料的添加量与第一拌合物料的有机质含量和含水率有关，通过梯度拌合的方式实现对有机质的含量和含水率的精准控制，再通过第三拌合有效的提升渣土的工程力学性能。
附图说明
32.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而
言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本技术实施例提供的方法的流程示意图；
35.图2为本技术实施例提供的方法的详细流程示意图；
36.图3为本技术实施例提供的翻晒区域的具体情况示意图；
37.图4为本技术实施例提供的第一拌合物料的示意图；
38.图5为本技术实施例提供的破碎车加装的筛网的示意图；
39.图6为本技术实施例提供的第三拌合的现场情况示意图。
具体实施方式
40.下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
41.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
42.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
43.本技术的创造性思维为：
44.对于高含水富有机质淤泥质工程渣土而言，采用常用的拌合方法如使用高速旋转翻抛叶片或采用双轴搅拌设备进行直接拌合都存在不足，其中，高速旋转翻抛叶片进行拌合时，存在拌合不匀改良效果差等问题；采用双轴搅拌设备进行直接拌合进行拌合时，容易被石块等杂物卡住转轴，从而导致生产率低下和安全性不足等问题。此外，针对高含水富有机质淤泥质工程渣土的高有机质、含杂、含水高、液限高、工程性能差、难处理等问题，对其资源化利用时亟需更为高效的固化改良工艺。
45.本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
46.在本技术的一个实施例中，如图1所示，提供一种淤泥质工程渣土的固化改良方法，所述方法包括：
47.s1.向工程渣土的表面摊铺第一拌合材料，后进行第一拌合，以增加所述工程渣土的疏水性，得到第一拌合物料；
48.s2.混合所述第一拌合物料和第二拌合材料，后进行破碎和第二拌合，以使所述第一拌合物料有机质含量降低至5％以下，得到第二拌合物料；
49.s3.向所述第二拌合物料加入第三拌合材料，后进行第三拌合，以固化所述第二拌合物料，得到固化改良的工程渣土；
50.其中，所述第一拌合材料的添加量由所述工程渣土的含水率进行确定，所述第二拌合材料的添加量由所述第一拌合物料的有机质含量和含水率进行确定，所述第三拌合材料的添加量由工程力学需求(需满足公路路面基层施工技术细则jtg/t f20-2015中提到的强度需求)及室内实验(按公路土工实验规程jtg 3430-2020确定第三拌合料是否满足上述所提的工程力学需求，在满足工程力学需求的基础上尽可能较少的使用第三拌合材料)。
51.在一些可选的实施方式中，所述第一拌合材料包括生石灰、粉煤灰、炉渣、细砂、钢
渣和焚烧渣中的至少一种。
52.本技术实施例中，控制第一拌合材料的种类的积极效果是选用可降低渣土保水性材料，由于这类材料可降低渣土的保水能力，而且不会导致渣土过度硬化，便于后续的拌合施工。
53.在一些可选的实施方式中，若所述工程渣土的含水率以gb/t 50123-2019标准计w0≤30，则所述第一拌合材料的添加量占所述工程渣土的干重比例n1为0～1％；
54.若所述工程渣土的含水率以gb/t 50123-2019标准计w0满足35≤w0≤45，则所述第一拌合材料的添加量占所述工程渣土的干重的比例n1满足：
55.n1＝(w
0-30)*(10％～20％)。
56.本技术实施例中，通过工程渣土的含水率对拌合材料的添加量进行控制的积极效果是能针对不同含水率的工程渣土调整第一拌合材料的添加量，从而能控制第一拌合材料加入过程中工程渣土的含水率的变化，使得通过第一拌合材料能有效的降低工程渣土的保水能力，并增加工程渣土的疏水性，从而使得工程渣土能快速失水，方便后续第二拌合材料的第二拌合。
57.在一些可选的实施方式中，所述第二拌合材料包括过硫酸钠/高锰酸钾。
58.本技术实施例中，控制第二拌合材料的种类的积极效果是采用氧化粉剂材料，由于该类拌合材料可通过氧化作用改变渣土中有机质的生物结构，降低有机质含量，消除后续有机质分解带来的沉降等工程灾害问题。
59.在一些可选的实施方式中，所述第二拌合材料的添加量占所述第一拌合物料的干重的比例n2满足：
60.n2＝(m
0-5％)*(10％～40％)，
61.式中，m0为所述第一拌合物料的有机质含量。
62.本技术实施例中，控制第二拌合材料的添加量和第一拌合物料的干重之间的关系，由于第一拌合物料的干重可通过第二拌合物料的含水率进行控制，因此控制第二拌合材料的添加量和第一拌合物料的干重实质上是控制第二拌合材料的添加量和第一拌合物料的含水率和有机质含量之间的关系，因此通过第二拌合材料的添加量控制，能有效的对第一拌合物料的有机质进行氧化，从而改变有机质生物结构，进而提高后续固化效果，降低固化材料的用量。
63.在一些可选的实施方式中，所述第三拌合材料包括水泥、矿渣、石灰和粉煤灰中至少一种。
64.本技术实施例中，控制第三拌合材料的种类的积极效果是采用具有胶凝作用材料，由于该类材料可固化渣土，从而能增强渣土的工程力学性能使其满足工程应用。
65.在一些可选的实施方式中，所述第三拌合材料的添加量占所述第二拌合物料的干重的比例n3为2％～10％。
66.本技术实施例中，控制第三拌合材料的添加量和第二拌合物料的干重之间的关系，使得第三拌合材料能有效的固化第二拌合物料，从而提高工程渣土的工程力学性能。在一些可选的实施方式中，所述工程渣土使用前还包括：
67.s101.测定工程渣土的含水率；
68.s102.根据所述含水率的大小，判断是否需要对工程渣土进行压滤；
69.若是，则对所述工程渣土进行压滤。
70.在一些可选的实施方式中，所述根据所述含水率的大小，判断是否需要对工程渣土进行压滤，具体包括：
71.s112.根据所述含水率和标准含水率的大小，判断是否需要对工程渣土进行压滤；
72.若所述含水率≥所述标准含水率，则对所述工程渣土进行压滤；
73.若所述含水率＜所述标准含水率，则进行下一步，其中，所述标准含水率以gb/t 50123-2019标准计可以是45。
74.在本技术的一个实施例中，提供一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法的应用，所述应用包括将所述方法用于高含水富有机质淤泥质工程渣土再生路基填料的制备中。
75.实施例1
76.如图1和图2所示，一种高含水富有机质淤泥质工程渣土的固化改良方法，包括：
77.从施工现场取出含有机质的淤泥质工程渣土，渣土呈现不泌水膏状，测得其含水率为44.5％，液限为47.2％，塑限为25.4％，塑性指数为21.8，有机质含量为8.2％，易溶盐含量为0.1％。
78.s1.向工程渣土的表面摊铺第一拌合材料，如图3所示，在取样现场画出翻晒区域，后以挖掘机作为拌合设备进行第一拌合，以增加工程渣土的疏水性，再进行翻晒两次，每次翻晒的间隔时常＞3h，得到第一拌合物料，如图4所示，第一拌合物料为粒状，经过第一拌合，工程渣土中被包裹的杂物与渣土分离；
79.s201.如图5所示，在移动式破碎车上加装筛网，筛网的网径为15cm
×
35cm，利用筛网对第一拌合物料进行除杂；
80.s2.混合除杂的第一拌合物料和第二拌合材料，后在破碎车内同时进行破碎和第二拌合，以使第一拌合物料有机质含量降低至5％以下，得到第二拌合物料；
81.s3.待第二拌合物料静置堆放6h后，向第二拌合物料加入第三拌合材料，后进行第三拌合，以固化第二拌合物料，如图6所示，得到固化改良的工程渣土；
82.s4.根据固化改良的工程渣土的含水率和最优含水率，判断固化改良的工程渣土是否可以作为路基填料进行摊铺碾压；
83.若含水率在最优含水率
±
3％的范围内，则判断固化改良的工程渣土可以作为路基填料；
84.若含水率不在最优含水率
±
3％的范围内，则需要喷水或翻晒增加或降低渣土的含水率。
85.第一拌合材料为生石灰，添加量为渣土干重的1.45％。
86.根据取样现场条件和室内实验确定第一拌合材料的用量，具体为：
87.工程渣土的含水率w0满足35≤w0≤45，则第一拌合材料的添加量占工程渣土的干重的比例n1满足：
88.n1＝(w
0-30)*(10％～20％)＝(44.5-30)*10％＝1.45％。
89.第二拌合材料为过硫酸钠粉剂。
90.根据第一拌合物料的有机质含量和含水率，具体为：
91.第二拌合材料的添加量占第一拌合物料的干重的比例n2满足：
92.n2＝(m
0-5％)*(10％～40％)＝(8.2％-5％)*40％＝1.28％，
93.式中，m0为第一拌合物料的有机质含量。
94.第三拌合材料为水泥。
95.第三拌合材料的添加量占第二拌合物料的干重的比例n3为2％。
96.实施例2
97.将实施例2和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：
98.第一拌合材料为粉煤灰，添加量为渣土干重的1.45％。
99.第一拌合材料的添加量占工程渣土的干重的比例n1满足：
100.n1＝(w
0-30)*(10％～20％)＝(44.5-30)*10％＝1.45％。
101.第二拌合材料为过硫酸钠。
102.第二拌合材料的添加量占第一拌合物料的干重的比例n2满足：
103.n2＝(m
0-5％)*(10％～40％)＝(8.2％-5％)*40％＝1.28％。
104.第三拌合材料为矿渣。
105.第三拌合材料的添加量占第二拌合物料的干重的比例n3为2％。
106.实施例3
107.将实施例2和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：
108.第一拌合材料为焚烧渣，添加量为渣土干重的2.90％。
109.第一拌合材料的添加量占工程渣土的干重的比例n1满足：
110.n1＝(w
0-30％)*(10％～20％)＝(44.5-30)*20％＝2.90％。
111.第二拌合材料为过硫酸钠。
112.第二拌合材料的添加量占第一拌合物料的干重的比例n2满足：
113.n2＝(m
0-5％)*(10％～40％)＝(8.2-5)*40％＝1.28％。
114.第三拌合材料为石灰。
115.第三拌合材料的添加量占第二拌合物料的干重的比例n3为3％。
116.对比例1
117.将对比例1和实施例1进行对比，对比例1和实施例1的区别在于：
118.直接采用工程渣土充当路基填料。
119.对比例2
120.将对比例2和实施例1进行对比，对比例2和实施例1的区别在于：
121.不控制第一拌合材料、第二拌合材料和第三拌合材料的添加量，其中，第一拌合材料的添加量占工程渣土的干重的比例n1为1％，第二拌合材料的添加量占第一拌合物料的干重的的比例n2为1％，第三拌合材料的添加量占第二拌合物料的干重的比例n3为1％。
122.相关实验：
123.将各实施例和对比例所得的固化产品进行检测，结果如表1所示。
124.相关实验的测试方法：以未处理的高含水富有机质淤泥质工程渣土为空白对照例。
125.有机质含量：依据土工试验规程(gb/t 50123-2019)中提供的方法进行有机质含量的测试。
126.无侧线抗压强度：样品使用静压法制备50mm*50mm的圆柱型样品，并根据公路土工
实验规程(jtg 3430—2020)提供的方法进行无侧线强度的测试。
127.表1
[0128][0129][0130]
表1的具体分析：
[0131]
有机质含量是指所得产品的有机质含量，有机质含量越低，说明最后固化产品的固化效果越好。
[0132]
无侧限抗压强度是指所得产品在无侧向压力情况下，抵抗轴向压力的极限强度，无侧限抗压强度越大，说明固化产品的力学性能越强。
[0133]
由实施例1-3的数据可知：
[0134]
采用本技术的方法，先利用第一拌合材料进行第一拌合，降低高含水富有机质淤泥质工程渣土的保水能力，再通过第二拌合材料进行破碎和第二拌合，降低工程渣土的有机质含量，最后利用第三拌合材料进行第三拌合，使得充当固化剂第三拌合材料可以实现工程渣土的固化，第一拌合材料的添加量由渣土的含水率确定，第二拌合材料的添加量由第一拌合物料的有机质含量和含水率确定，第三拌合材料的添加量由工程需求及室内试验确定，从而实现该类渣土的精确控水、降低有机质以及固化的目的。
[0135]
由对比例1-2的数据可知：
[0136]
若直接采用工程渣土，或者不控第一拌合材料、第二拌合材料和第三拌合材料的添加量，会使得充当路基填料的产品的力学性能不佳。
[0137]
本技术实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
[0138]
(1)本技术实施例提供的方法，通过采用梯度拌合的方式，先利用第一拌合材料进行第一拌合，降低淤泥质工程渣土的保水能力，再通过第二拌合材料进行破碎和第二拌合，降低工程渣土的有机质含量，最后利用第三拌合材料进行第三拌合，使得充当固化剂第三拌合材料可以实现工程渣土的固化。
[0139]
(2)本技术实施例提供的方法，由于改良土含水率直接决定了路基填料的压实效果和施工质量，通过对固化改良的全过程进行精确控水与梯级拌合工艺，从而对渣土改良工艺主要环节含水率实现精确控制，并根据工程渣土理化参数调节拌合料添加量，实现全过程改良土含水率的精准控制，为提高路基填料压实效果、增强路基施工质量和耐久性提供了保障。
[0140]
(3)本技术实施例提供的方法，通过梯级拌合的处理方式对高含水富有机质淤泥质工程渣土进行降水-氧化-固化的梯级改良，改良后的渣土可用于路基填料，解决该类渣土废弃堆存问题、实现变废为宝，同时解决路基填筑材料的紧缺问题，对实现“无废城市”具
有重大意义。
[0141]
(4)本技术实施例提供的方法，对含杂淤泥质渣土进行除杂的同时进行固化，具有工艺流程简单高效，生产设备可选择强，固化效果好等优点，适合大规模推广及产业化。
[0142]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0143]
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0144]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。