一种用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料及其水泥土搅拌桩制备方法

本发明涉及水泥土搅拌桩，具体涉及一种用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料及其水泥土搅拌桩制备方法。

背景技术：

1、水泥土搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过搅拌机械将地基软土和水泥强制搅拌，利用水泥与土体之间的一系列物理化学作用，使软土发生固结而提高地基强度。水泥土搅拌桩因其适应性广、施工便利、环境友好等优势，在软土地基等工程领域普遍采用。不过，水泥使用成本较高，同时对矿山开采、生态环境等带来诸多负面影响。随着社会经济的快速发展，城市生活垃圾大量产生。垃圾焚烧因其诸多优势成为主流处理方式，但伴随而来的是大量的副产品焚烧飞灰，每年产生近千万吨(占垃圾数量的3-5％)。目前焚烧飞灰的处理方法主要有2类：危废填埋和固化填埋。危废填埋存在选址困难和环境渗漏、固化填埋面临库容紧张和土地占用等一系列问题，考虑到城市生活垃圾按每年5％的速度持续增长，传统的飞灰处理方法已难以为继，寻求高效的飞灰资源化利用途径势在必行。如果能够将飞灰用于生产水泥土材料，将大大缓解目前飞灰处置现状。不过，焚烧飞灰中残留大量的pb、cu、cd等重金属元素，容易对周边环境和地下水造成危害，必须进行无害化技术处理，才能用于制备水泥土材料。目前飞灰无害化处理技术主要有两大类：水泥固化和药剂稳定化。水泥固化的原理是利用水泥的水化硬化机理，形成固化体结构包裹重金属，从而减少重金属的浸出。水泥固化法工艺简单、成本较低，不过水泥固化体结构耐久性较差，存在很大的重金属后期浸出风险。剂稳定化技术则是使用匹配的螯合剂(通常为有机羧酸及其盐类)对重金属加以螯合，形成低毒性和低迁移性的无害化物质。该方法原理高效，不过螯合剂具有选择性、使用成本高，且后续废水处理成本增加。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料及其水泥土搅拌桩制备方法，将生活垃圾焚烧飞灰用于水泥土搅拌桩，既解决了水泥土搅拌桩成本高的技术问题，又解决了飞灰重金属浸出难以控制等问题，不但提高了水泥土强度，还有利于降低成本、保护环境、实现生活垃圾焚烧飞灰的资源化高效利用。

2、本发明的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，复合结合料原料按质量份包括以下组分：生活垃圾焚烧飞灰50-80份、水泥20-50份、占生活垃圾焚烧飞灰质量8-20％的有机碱、占水泥质量0.05-0.5％的外加剂；

3、进一步，所述有机碱为季铵碱、烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸基甜菜碱中的一种或两种以上混合物；

4、进一步，所述有机碱的烷基碳原子数n为12-18；

5、进一步，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥中的一种，所述水泥的强度等级32.5级以上，烧失量含量不超过5％，mgo含量不超过6％，so3含量不超过4％；

6、进一步，所述生活垃圾焚烧飞灰的含水量不超过10％，固体成分中二恶英含量≤10ng teq/kg，cao、sio2、al2o3、fe2o3的总含量为45-70％，cl-含量不超过1％，重金属总含量不超过1％，且重金属中zn、cr、cd、cu、mn的总含量不超过0.88％；

7、进一步，所述外加剂包早强剂、减水剂中的一种或两种；

8、进一步，所述早强剂为氯化钙、碳酸钙或三乙醇胺中的一种；所述减水剂为木质素磺酸盐普通减水剂类或萘系高效减水剂类中的一种；

9、进一步，复合结合料原料按质量份包括以下组分：生活垃圾焚烧飞灰60份、水泥35份、占生活垃圾焚烧飞灰质量15％的有机碱、占水泥质量0.2％的外加剂。

10、本发明还公开一种生活垃圾焚烧飞灰水泥土搅拌桩的施工方法，包括以下步骤：将权利要求1中的生活垃圾焚烧飞灰、水泥和有机碱混合搅拌均匀后与软土混合搅拌，然后加入水、外加剂搅拌、振实成型并保湿养护；

11、进一步，所述软土为粘性土、淤泥或淤泥质土，软土的天然含水量≥30％-35％，软土的天然孔隙比为1.0-1.6，塑性指数为10-17，粘聚力为5-10kpa。

12、本发明的有益效果：本发明的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料及其水泥土搅拌桩制备方法，所采用的复合结合料对软土具有双固化作用，一是通过水泥固化，二是通碱激发生活垃圾焚烧飞灰固化，飞灰中的活性氧化物(氧化硅和氧化铝)会和有机碱中的氢氧根离子发生反应生成硅铝网络结构水化产物从而提高水泥土搅拌桩的强度，而且飞灰中的重金属被有效包裹，从而减少重金属的浸出。本发明采用的有机碱安全，无毒性，可提高施工的安全性和环保性。本发明将生活垃圾焚烧飞灰用于水泥土搅拌桩，既解决了水泥土搅拌桩成本高的技术问题，又解决了飞灰重金属浸出难以控制等问题，不但提高了水泥土强度，还有利于降低成本、保护环境、实现生活垃圾焚烧飞灰的资源化高效利用。

技术特征：

1.一种用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：复合结合料原料按质量份包括以下组分：生活垃圾焚烧飞灰50-80份、水泥20-50份、占生活垃圾焚烧飞灰质量8-20％的有机碱、占水泥质量0.05-0.5％的外加剂。

2.根据权利要求1所述的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：所述有机碱为季铵碱、烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸基甜菜碱中的一种或两种以上混合物。

3.根据权利要求2所述的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：所述有机碱的烷基碳原子数n为12-18。

4.根据权利要求1所述的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥中的一种，所述水泥的强度等级32.5级以上，烧失量含量不超过5％，mgo含量不超过6％，so3含量不超过4％。

5.根据权利要求1所述的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：所述生活垃圾焚烧飞灰的含水量不超过10％，固体成分中二恶英含量≤10ng teq/kg，cao、sio2、al2o3、fe2o3的总含量为45-70％，cl-含量不超过1％，重金属总含量不超过1％，且重金属中zn、cr、cd、cu、mn的总含量不超过0.88％。

6.根据权利权利要求1所述的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：所述外加剂包早强剂、减水剂中的一种或两种。

7.根据权利要求6所述的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：所述早强剂为氯化钙、碳酸钙或三乙醇胺中的一种；所述减水剂为木质素磺酸盐普通减水剂类或萘系高效减水剂类中的一种。

8.根据权利要求1所述的用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，其特征在于：复合结合料原料按质量份包括以下组分：生活垃圾焚烧飞灰60份、水泥35份、占生活垃圾焚烧飞灰质量15％的有机碱、占水泥质量0.2％的外加剂。

9.一种生活垃圾焚烧飞灰水泥土搅拌桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：将权利要求1中的生活垃圾焚烧飞灰、水泥和有机碱混合搅拌均匀后与软土混合搅拌，然后加入水、外加剂搅拌、振实成型并保湿养护。

10.根据权利要求9所述的生活垃圾焚烧飞灰水泥土搅拌桩的施工方法，其特征在于：所述软土为粘性土、淤泥或淤泥质土，软土的天然含水量≥30％-35％，软土的天然孔隙比为1.0-1.6，塑性指数为10-17，粘聚力为5-10kpa。

技术总结本发明公开了一种用于水泥土搅拌桩的生活垃圾焚烧飞灰复合结合料，复合结合料原料按质量份包括生活垃圾焚烧飞灰、水泥、占生活垃圾焚烧飞灰质量8‑20％的有机碱、占水泥质量0.05‑0.5％的外加剂；所采用的复合结合料对软土具有双固化作用，一是通过水泥固化，二是通过碱激发生活垃圾焚烧飞灰固化，飞灰中的活性氧化物(氧化硅和氧化铝)会和有机碱中的氢氧根离子发生反应生成硅铝网络结构水化产物从而提高水泥土搅拌桩的强度，而且飞灰中的重金属被有效包裹，从而减少重金属的浸出。本发明采用的有机碱安全，无毒性，可提高施工的安全性和环保性。本发明将生活垃圾焚烧飞灰用于水泥土搅拌桩，既解决了水泥土搅拌桩成本高的技术问题，又解决了飞灰重金属浸出难以控制等问题，不但提高了水泥土强度，还有利于降低成本、保护环境、实现生活垃圾焚烧飞灰的资源化高效利用。技术研发人员：熊出华,谭昱,胡航,陈天祺,周奕池受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11