一种多源固废基流态填筑材料及其制备方法和用途与流程

本发明属于固废再利用，特别是多源固废基流态填筑材料，尤其涉及一种利用工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料等固废制备的多源固废基流态填筑材料及其制备方法和用途。

背景技术：

1、随着上海城市建设的持续推进，产生了大量的工程泥浆、净水厂尾泥等固废，根据不完全统计，2021年上海市工程泥浆产生量约73万吨，给水厂污泥产生量约20万吨。因污泥含水量较高、成分复杂、理化性能差异性大等特点，其安全资源化利用受到限制，亟需科学、合理地处置与资源化利用。

2、此外，随着城市化发展步伐不断加快，各类回填工程不断增多，包括地下空洞和建筑基坑回填、市政工程管线/管涵埋设、道路工程回填等。而传统回填存在着施工工艺繁琐、质量不稳定易诱发路基沉陷等局限性，不适用于空间狭小、回填深度大的工程，且胶凝材料主要以水泥为主，水泥生产过程中需要高温煅烧，并释放大量的二氧化碳，据计算，每生产一吨水泥熟料将产生约900kg二氧化碳。流态填筑材料利用工程泥浆、低碳复合胶凝材料及其他添加料，形成具有一定流动性及力学性能的填筑材料，具有自密实、质量可控、施工进度快、适用范围广泛、低渗透、环境友好等特点，可广泛应用于水利、公路、环境、堤坝、矿洞等工程领域。

3、考虑到工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料的理化性质，其中工程泥浆的含水率普遍较高，流动性较好，如果能对其自由水加以利用，一方面可以预定脱水目标，降低脱水难度及成本；另一方面可以避免资源化利用中“先脱水后加水调浆”步骤，简化工艺流程、提高生产效率，降低生产成本。将工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料复配制备多源固废基流态填筑材料，具有良好的社会、经济和环境效益。利用再生细骨料调节体系的含水率、级配、塑性指数，调理剂调控体系环境安全性，外加剂改善体系工作性，调理剂耦合低碳胶凝材料促进多源固废基流态填筑材料性能提升，但目前制备多源固废基流态填筑材料仍需要考虑以下问题：(1)多源固废基流态填筑材料所采用的原料以及原料配比；(2)多源固废基流态填筑材料是否能满足相关性能要求。

4、鉴于上述情况，业界亟待研发一种多源固废基流态填筑材料，该材料可以减少资源消耗、降低生产成本的同时，提高工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料等固废的资源化利用水平，具有突出的包容性和绿色低碳特征，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缺陷，本发明的首要目的是提供一种多源固废基流态填筑材料，基于“复合矿物(无机结合料)+协同激发+ph调控+表面改性”的技术路线，即采用硅酸盐水泥、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制备低碳复合胶凝材料，以工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料、低碳复合胶凝材料、调理剂、外加剂等为原材料制备多源固废基流态填筑材料，提高工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料、钢渣粉、工业副产石膏等固废的资源化利用水平，利用再生细骨料调节体系的含水率、级配、塑性指数，外加剂可改善流态填筑材料工作性能，调理剂调控体系环境安全性，调理剂耦合低碳胶凝材料促进多源固废基流态填筑材料性能提升，并基于多源固废协同效应，利用al2o3、sio2与ca(oh)2反应生成c-s(a)-h与钙矾石等水化产物，使多源固废基流态填筑材料具有良好的工作性能、力学性能、耐久性和环境安全性。

2、本发明的另一目的是提供上述多源固废基流态填筑材料的制备方法，通过对多源固废基流态填筑材料的原材料及配比的选择，制备出满足《预拌流态固化土填筑技术标准》(t/cecs1037-2022)、《预拌流态固化土工程应用技术标准》(dbj51/t 188-2022)、《预拌流态固化土填筑技术规程》(db1310/t 298-2023)、《流态固化土填筑应用技术导则(试行)》、《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(gb 36600-2018)等相关性能要求的多源固废基流态填筑材料，推动工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料的资源化利用，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、本发明的提供了一种多源固废基流态填筑材料，按重量份计，包括低碳复合胶凝材料70～200份、工程泥浆400～800份、净水厂尾泥1～100份、再生细骨料1～360份、调理剂0.01～45份，外加剂0～4份。

5、优选地，所述多源固废基流态填筑材料，按重量份计，包括低碳复合胶凝材料70～200份、工程泥浆400～800份、净水厂尾泥30～100份、再生细骨料100～360份、调理剂5～30份，外加剂0～3份。

6、优选地，所述多源固废基流态填筑材料，按重量份计，包括低碳复合胶凝材料100～130份、工程泥浆470～720份、净水厂尾泥50～80份、再生细骨料100～330份、调理剂10～20份，外加剂0～2.5份。

7、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述多源固废基流态填筑材料包括低碳复合胶凝材料130份、工程泥浆610份、净水厂尾泥80份、再生细骨料160份、调理剂20份。

8、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述多源固废基流态填筑材料包括低碳复合胶凝材料100份、工程泥浆470份、净水厂尾泥80份、再生细骨料330份、调理剂20份。

9、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述多源固废基流态填筑材料包括低碳复合胶凝材料120份、工程泥浆720份、净水厂尾泥50份、再生细骨料100份、调理剂10份。

10、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述多源固废基流态填筑材料包括低碳复合胶凝材料120份、工程泥浆520份、净水厂尾泥50份、再生细骨料300份、调理剂10份。

11、作为优选的技术方案，按照重量份计，所述多源固废基流态填筑材料包括低碳复合胶凝材料120份、工程泥浆517.5份、净水厂尾泥50份、再生细骨料300份、调理剂10份，外加剂2.5份。

12、所述低碳复合胶凝材料包括以下重量百分百含量的成分：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0.01％～0.5％，表面活性剂：0.01％～0.8％。

13、所述低碳复合胶凝材料的初凝时间为2～15h，终凝时间为4～25h，胶砂7d抗压强度为25～45mpa，胶砂28d抗压强度为35～55mpa，满足dg/tj 08-2082-2023《gs土体硬化剂应用技术规程》的性能要求。

14、优选地，所述表面活性剂选自木质磺酸盐、三乙醇胺中的一种或几种。

15、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％～1％；其中所述激发剂选自cao、naoh、石膏、硫酸钠，优选为cao。

16、优选地，所述ph调节剂为ca(oh)2。

17、优选地，所述工程泥浆天然含水量为30％～80％，塑性指数为6～25，有机质含量<5％。

18、优选地，所述净水厂尾泥含水率为40～80％，ph为6～8，有机质含量<35％，重金属含量满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(gb 36600-2018)要求。

19、优选地，所述再生细骨料为拆除垃圾球磨至平均粒径小于5mm的混合再生细骨料。所述再生细骨料的塑性指数为10～20，压碎指标为25％～40％，吸水率为5～12％。

20、优选地，所述调理剂为市售的生石灰、灰钙等中的一种或多种，其有效氧化钙的含量>70％。

21、优选地，所述外加剂选自减水剂、消泡剂、泵送剂、膨胀剂、早强剂中的一种或几种，其中减水剂为聚羧酸类、三聚氰胺类、复合减水剂等，例如由粉状β-萘磺酸盐甲醛缩合物与固含量为30％的水溶性脂肪族减水剂按固含量比为3:2混合并外掺水复配而成。

22、优选地，所述多源固废基流态填筑材料性能测试参照《流态固化土填筑应用技术导则(试行)》，流动度为140～220mm，28d抗压强度为0.4～3.0mpa。

23、本发明的第二方面提供了所述多源固废基流态填筑材料的制备方法，包括以下步骤：

24、(1)配料：根据多源固废基流态填筑材料的组分工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料、调理剂和外加剂，按上述多源固废基流态填筑材料的重量份进行称取，其中工程泥浆进行筛分预处理，去除石块与杂质。

25、(2)低碳复合胶凝材料配制：按比例将硅酸盐水泥、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，得到低碳复合胶凝材料。

26、(3)原材料预处理：按投料顺序依次将步骤(1)中称取好的净水厂尾泥、再生细骨料、调理剂混合均匀，陈化6h以上，得到混合料a。

27、(4)多源固废基流态填筑材料配制：

28、按投料顺序依次将步骤(1)中称取好的外加剂、一定的水，与工程泥浆、混合料a，以及步骤(2)中配置好的低碳复合胶凝材料加料至搅拌机中搅拌3～5min，混合均匀后，出料，即可得到本发明的多源固废基流态填筑材料。

29、本发明的第三方面提供了上述多源固废基流态填筑材料在市政管廊的基槽、市政管网埋设、建筑物深基坑、狭窄或异形空间、地坪硬化、路基工程等填筑工程的应用。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

31、(1)本发明制备的流态填筑材料流动性优异，有较好的自流平、自密实填充性能，无需振捣；可根据工程需求，通过控制工程泥浆、净水厂尾泥、再生细骨料等固废配比以及低碳复合胶凝材料掺量调控回填材料工作性能、力学性能以及耐久性；泌水性低，沉降小。

32、(2)本发明通过对多源固废基流态填筑材料的组分选择，采用工程泥浆、净水厂尾泥、生石灰、再生细骨料、低碳复合胶凝材料，通过配方调整制备满足相关性能要求的多源固废基流态填筑材料，因材施用，以废治废，造价低廉，具有较好的环保价值。

33、(3)本发明的再生细骨料调节体系的含水率、级配、密度；外加剂可改善体系工作性能、力学性能及耐久性；调理剂可协同再生细骨料调控体系含水量，同时可以提高体系碱度，促进水化胶凝反应，反应产物可吸附、包裹重金属，降低流态填筑材料的重金属浸出浓度。

34、(4)本发明的低碳复合胶凝材料耦合调理剂调控流态回填材料凝结时间，低碳复合胶凝材料中的al2o3、sio2与ca(oh)2反应生成絮状c-s(a)-h凝胶与针棒状aft晶体，针棒状的aft晶体与c-s(a)-h凝胶交错生长，形成致密网络状结构，提高了体系密实度，同时也促进水化产物中高钙硅比水化硅酸钙向低钙硅比水化硅酸钙的转化，改善了多源固废基流态填筑材料力学性能、耐久性以及环境安全性。