一种用于原状工程泥浆的固化剂及使用方法与流程

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种适用于原状工程泥浆的全固废基固化剂及使用方法，具体地说是将该固化剂与含固率仅为16％-18％的原状工程泥浆充分拌合，工程泥浆24h内凝结，泥浆固结体7d抗压强度达0.3mpa以上，28d抗压强度达0.5mpa以上，符合流态固化土标准的要求。

背景技术：

1、钻孔桩基、地下连续墙、泥水盾构、泥水顶管和水平定向钻等工程施工时，会产生大量的废弃工程泥浆，含固率通常仅为16％～18％(即含水率为82％～84％)。根据e20环境平台统计，目前我国工程泥浆的年产生量达数十亿m3。上海交通委建设处统计显示，2019-2023年上海市交通工程计划实施的项目情况，每年产生的泥浆量将超过3000万m3。

2、目前废弃泥浆的处置方式基本上是先用槽罐车驳运至码头，再用拖船外运至周边地区低洼处倾倒。由于运距远，处置成本和运输能耗相当高。这种将工程泥浆当作垃圾处理的方式只是将污染进行了转移，没有发现泥浆本身的再利用价值，更严重的是屡屡出现将泥浆乱排、偷排的非法处置行为。

3、另一方面，在建筑与市政工程施工中，基坑肥槽与建筑物内部剩余空间填筑、市政管线沟槽填筑、地基处理与路基换填等工程需要大量的回填材料，采用工程泥浆制备流态固化土回填材料，流动度大，能够自动流入填筑部位，施工非常方便，具有明显的节能减排、资源化利用效益。

4、而流态固化土需要有一定的强度才能符合工程要求。中国工程建设标准化协会标准《预拌流态固化土填筑技术标准》t/cecs1037-2022、中国市政工程协会标准《流态填筑料回填工程技术标准》t/cmea 32-2023等标准提出流态固化土的28d强度不宜小于0.3mpa～0.4mpa，施工单位通常还要求泥浆固化土浇筑1d后凝结，可以上人作业。因此采用原状工程泥浆达到以上凝结时间和强度要求具有较高难度，这是由于原状工程泥浆的含固率仅为16％～18％，泥浆比重为1.1左右，采用普通固化剂，泥浆凝结慢，强度低，故通常需要采用沉淀、晾晒、掺加弃土等预处理方法以提高泥浆的含固率。例如，天津市勘察设计协会标准《工程废弃泥浆综合利用标准》提出，固化剂应能将含水率100％的泥浆固化，该含水率＝水/干土，相当于含固率为50％，泥浆比重达1.3～1.6。泥浆预处理需要在固定的工厂里完成进行，大大提高了泥浆的运输成本，并且降低了流态固化土的流动度，造成浇筑施工困难。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种可将低含固率废弃工程泥浆制备成流态固化土的产品的用于原状工程泥浆的固化剂，通过钠基脱硫灰遇水促凝作用，使工程泥浆在24h内凝结；通过钠基和钙基碱激发、硫酸盐激发作用，促使秸秆焚烧灰、高炉矿渣中的活性硅铝质组分产生水化反应，形成流态固化土的强度，以达到流态固化土的强度要求。

2、其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

3、一种用于原状工程泥浆的固化剂，按100份质量份数计，该固化剂由如下份数的组份混合粉磨制得：

4、钠基脱硫灰20～30份，秸秆焚烧灰为10～35份，经过预处理的磷石膏10～20份，高炉矿渣35～45份。

5、优选的，按质量份数，该固化剂由钠基脱硫灰25份、秸秆焚烧灰15份，经过预处理的磷石膏15份和高炉矿渣45份混合而成。

6、进一步，所述磷石膏进行如下的预处理工艺：

7、按外掺法，在湿磷石膏中掺入质量占比为10％～15％的钙基脱硫灰，拌合后闷料1-3d(优选1d)，然后经过400℃-600℃高温煅烧。

8、进一步，所述钙基脱硫灰为采用干粉状的caco3脱硫剂在高温下与烟气中so2进行反应得到的脱硫副产物。

9、更进一步，所述钙基脱硫灰的主要成分为ca(oh)2、caso3·1/2h2o、caso4·2h2o、caco3和kcl。

10、进一步，所述钠基脱硫灰为采用细度为800-1000目的nahco3与烟气充分混合、接触，在合适的烟气温度作用下，与烟气中so2快速反应而得到的副产物。

11、进一步，工程泥浆为来自于钻孔桩基、地下连续墙、泥水盾构、泥水顶管或水平定向钻的施工现场所产生的含固率为16％-18％并且未经任何预处理的废弃泥浆。

12、本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种前述固化剂的使用方法。

13、该使用方法包括在含固率为16％-18％的原状工程泥浆中按质量比掺入10-15％(优选13％)固化剂并充分拌合的步骤。

14、进一步，采用外掺法掺入所述固化剂。

15、进一步，工程泥浆凝结后泥浆固结体7d抗压强度为0.3mpa以上，28d抗压强度为0.5mpa以上。

16、本发明以钠基脱硫灰、秸秆焚烧灰、磷石膏、高炉矿渣为原料，各组分在泥浆中，发生以下化学反应：

17、(1)钠基脱硫灰是na2co3、na2so4、na2so3的混合物，具有很强的碱性和遇水速凝作用，加快泥浆的凝结速度。

18、(2)秸秆焚烧灰含有活性sio2、al2o3，能产生水化硅酸钙，具有火山灰活性，还含有一定量的so3，具有硫酸盐激发作用。

19、(3)磷石膏的主要成分是caso4·2h2o，具有硫酸盐激发，但是磷石膏含有一定量的可溶性p2o5，易与溶液中的ca(oh)2反应，产生难溶的ca3(po4)2，包裹在活性矿物组分表面，影响水化反应进行，具有明显的缓凝作用，故需对磷石膏进行预处理，利用钙基脱硫灰中的游离氧化钙将可溶性p2o5缓凝作转化为难溶的ca3(po4)2；并且，磷石膏含有10％～15％附着水和2份结晶水，在粉磨时，易粘附于球磨机的内壁、钢球、钢锻，造成台时产量严重下降，故需在400℃-600℃高温下，将磷石膏煅烧成无水石膏，去除附着水和结晶水。

20、(4)高炉矿渣具有活性al2o3和sio2，na+、k+碱金属阳离子填充进入矿渣内部结构中，碱激发形成了空间网络状沸石结构，同时在硫酸盐激发下，水化产生含有32份结晶水的钙矾石晶体，将工程泥浆中的自由水转化为结晶水，逐步形成泥浆固化土的强度。

21、以上化学反应可用下列方程式表示：

22、cao+h2o→ca(oh)2

23、p2o5+3ca(oh)2+aq→ca3(po4)2↓+3h2o

24、caso4·2h2o→caso4+2h2o

25、xca(oh)2+sio2+(n-1)h2o→xcao·sio2·nh2o

26、2sio2·al2o3+3oh-+3h2o→2[al(oh)4]-+[sio2(oh)2]2-

27、xca(oh)2+al2o3+mh2o→xcao·al2o3·nh2o

28、3ca(oh)2+al2o3+2sio2+mh2o→3cao·al2o3·2sio2·nh2o

29、3cao·al2o3·6h2o+ca(oh)2+6h2o→4cao·al2o3·13h2o

30、4cao·al2o3·13h2o+3caso4+8h2o＝3cao·al2o3·3caso4·32h2o+ca(oh)2

31、本发明的工程泥浆固化剂在使用时，在废弃工程泥浆中掺入13％泥浆固化剂(外掺法)，通过充分搅拌后，工程泥浆24h内凝结，泥浆固结体7d抗压强度达0.3mpa以上，28d抗压强度达0.5mpa以上，符合流态固化土的强度要求。本发明充分利用了工业固废，利用工业固废的有效活性成分和相互之间的化学反应，加快工程泥浆凝结，形成固结体强度，将废弃工程泥浆转化为用途较广的填筑材料。