一种用于城市废弃地下管道回填微膨胀净水污泥碱激发注浆材料及其制备方法

本发明属于固体废弃物利用，具体涉及一种用于城市废弃地下管道回填微膨胀净水污泥碱激发注浆材料及其制备方法。

背景技术：

1、城市净水厂处理厂在生产出符合生活饮用水时，以混凝、沉淀、过滤和消毒为主要步骤进行水处理，净水污泥是自来水厂经过混凝及沉淀处理而形成的一种无害化且含水量高的土，主要包括与粘土组成相似的sio2、al2o3等矿物。

2、在技术方面，污泥处理方法不断创新和完善，包括污泥浓缩、机械脱水、干化、焚烧、堆肥和生物处理等。一些新技术和新工艺，如污泥热解、污泥碳化等，也在不断涌现，为污泥处理行业的发展提供了更多的选择。然而，如果处理不当，容易对环境造成直接或潜在污染。因此，如何有效地处理这些废弃物，使之达到无害化、减量化和资源化的目标，是当前全球环保领域的一个重点问题。

3、当前，污泥处理处置行业虽然得到了快速发展，但仍存在一些问题，如污泥处理处置设施不足、技术水平有待提高。未来，随着环保政策的持续推进和技术的不断进步，污泥处理处置行业有望得到进一步发展，实现更高效、更环保的污泥处理与资源化利用。

4、除此之外，随着城市人口的增加及城市的扩张，原有地下管道不能承受现今需求，在原有基础上扩增的成本巨大且影响居民的正常生活，因此有的地区将原有管道废弃，但城市废弃地下的下水管道会带来一系列的危害，这些危害不仅影响城市环境，还可能对居民生活和公共安全造成严重影响。

5、废弃的下水管道中可能残留有废水、污水和其他有害物质。这些物质如果未能得到妥善处理，可能会泄漏到土壤中，进而污染地下水。地下水是城市居民生活用水的重要来源之一，一旦被污染，将直接影响居民的饮用水安全。还有可能因老化、破损或堵塞而发生泄漏或崩塌，造成地面塌陷或道路损坏，对公共安全构成威胁。

6、所以需要对废弃的地下管道进行有效填充解决以上问题，但是若使用传统的灌浆填充工艺需要高昂成本，且不符合低碳环保理念，若能通过固化净水厂絮凝污泥，且使其具有良好的流变性能，使其能够实现自流平的将其填充在废弃地下管道中，不仅可以解决上述问题，而且还可以解决污泥的处置问题。

7、综上，净水污泥处理是当前环保领域的重要议题，其发展现状呈现出市场规模扩大、技术创新活跃、但仍有待完善的特点。未来，随着相关政策的推动和技术的进步，净水污泥处理行业有望实现更加高效、环保的发展。

8、现今管道填充材料技术应用的发明专利如下：

9、中国发明专利申请cn113004006a提供一种用于废弃石油管道回填的泡沫轻质土及其制备方法。该发明公开了一种用于废弃石油管道回填的泡沫轻质土，包括以下重量份的原料：水泥0-400份、掺合料100-1000份、水200-500份、增强剂0-10份、缓凝剂0.1-2份和发泡剂0.3-2份；制备方法：(1)称取各原料；(2)将水泥、掺合料、水、增强剂和缓凝剂以50-150r/min的速度混合搅拌2-5min，得到复合浆料；(3)先将发泡剂进行发泡得到发泡泡沫，然后与复合浆料进行搅拌混合；(4)现场浇筑或者工厂预制，即得。本发明产品内部闭孔率高，保温隔热，隔音性能佳，填充自密实性；可以大量应用到掺合料，既解决了固废利用问题，又降低了水化，实现了缓凝浇筑目的。

10、中国发明专利申请cn114409324a提出了用于废弃油气管道的填充材料及其制备方法、注浆工艺。改发明公开了一种用于废弃油气管道的填充材料及其制备方法、注浆工艺，属于石油化工领域。该用于废弃油气管道的填充材料包括以下重量份的组分：粉土80-100份、水泥5-15份、水120-150份、缓凝剂0.1-0.5份、膨胀剂5-15份。该填充材料仅使用了很低重量份数的水泥，大量使用了粉土，具有更好的环境友好性，并且，成本更低。该填充材料具备流动性高、初凝时间长等优点，能够实现长距离注浆需求，特别适应于长距离油气管道。该填充材料在固化后，具有良好的强度和结实率，能够实现永久固化，达到良好的稳定性。

11、中国发明专利申请cn110304877a提出一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土材料及其制备方法。本发明公开了一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土材料及其制备方法，其原料包括：粉料、水、发泡剂、激发剂、外加剂，本发明制备的轻质泡沫土可大量添加使用固体废弃物原料，有效提高了固体废弃物的利用率，降低了生产成本，同时，可有效实现大型设备泵送和长距离管道输送，施工速度快，满足大型填充项目施工应用，产品直立性好，不需要高温养护，自然养护即可满足标准要求，具有节能环保，变废为宝的巨大社会效益和经济价值，具有优秀的产业化前景。

12、中国发明专利申请cn103979880a提出一种管道工程沟槽回填材料水泥多合混合料及制备方法。本发明涉及建筑材料，具体涉及一种管道工程沟槽回填材料水泥多合混合料及其制备方法。该混合料以建筑垃圾破碎混合料和土为主要构成材料，并辅以少量的水泥，水泥占混合料总量的3％-10％，土占混合料总量的35％-45％，该土的塑性指数为10-20，其加水量占混合料的10％-16％。由于该混合料具有较好的和易性，所以这种回填方式不会在管道腋角处留下死角，能够均匀密实的填充每一个角落，安全可靠；该施工工艺相比于传统施工工艺节约了大量的人力物力，大大缩短施工工期，非常值得推广；在材料组成方面，我们使用了建筑垃圾，将这些废弃物变废为宝，再次产生价值，实现了节约能源，绿色环保生产理念。

13、虽然上述专利有以上优点，但是也有诸多不足，如表1所示：

14、表1

15、

16、

17、综上所述，这些专利申请在环境风险评估、性能稳定性、实际应用局限性、长期性能评估以及技术创新性和原创性等方面可能存在共性缺点。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于城市废弃地下管道回填微膨胀净水污泥碱激发注浆材料及其制备方法，本发明能够将城市净水厂产生的净水污泥进行有效利用，并作为地下管道回填注浆材料，即实现了净水污泥的回用，同时避免了用水泥、并且具有环保的优势。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于城市废弃地下管道回填微膨胀净水污泥碱激发注浆材料，以质量份数计，其原料包括：

4、净水污泥67份，矿粉18～21份，粉煤灰18～21份，石英砂16份，激发剂4～7份，酒石酸钾钠0.1～0.3份，促凝剂0.1～0.4份，减水剂0.2～0.4份，膨胀剂0.4～0.7份；

5、所述激发剂包括氢氧化钠和二水石膏，以质量份数计，所述用于城市废弃地下管道回填微膨胀净水污泥碱激发注浆材料中含有二水石膏3.5～5，氢氧化钠0.5～2份。

6、优选的，以质量百分数计，所述净水污泥的固体成分中含有：87％～94％的sio2，6％～12％的al2o3，余量为其它杂质，所述净水污泥的含水率最高达到260％。

7、优选的，所述矿粉为s95级矿渣粉。

8、优选的，所述粉煤灰为一级粉煤灰。

9、优选的，所述石英砂为iso标准砂。

10、优选的，所述氢氧化钠采用99％以上工业级，二水石膏采用99％以上工业级。

11、优选的，所述促凝剂采用无水硫酸钠。

12、优选的，所述减水剂采用萘系减水剂。

13、优选的，所述膨胀剂采用uea膨胀剂。

14、本发明如上所述的用于城市废弃地下管道回填微膨胀净水污泥碱激发注浆材料，其特征在于，包括：

15、将净水污泥与酒石酸钾钠混合均匀，得到混合物a；

16、将矿粉、粉煤灰、二水石膏及石英砂加入混合物a中搅拌均匀，得到混合浆体；

17、将氢氧化钠、减水剂、膨胀剂和促凝剂加入混合浆体中，搅拌均匀，得到所述用于城市废弃地下管道回填微膨胀净水污泥碱激发注浆材料。

18、本发明具有如下有益效果：

19、本发明基于净水污泥的微膨胀碱激发注浆材料中，添加了破絮剂，该破絮剂包括酒石酸钾钠(nakc4h4o6)，其中，酒石酸钾钠水解产生的钠离子置换出净水污泥中的铝离子，铝离子通过与酒石酸根螯合成为可容性络合物，破坏了净水污泥絮凝的胞状结构，使得净水污泥在更少的水中具有更高的流动度，而矿粉、粉煤灰和激发剂能凝结固化污泥，氢氧化钠和二水石膏作为激发剂，增加的oh-浓度有助于打断粉煤灰颗粒中的si-o、al-o键，溶液中的ca2+发生胶凝反应，生成水化硅酸铝和水化硅酸钙等凝胶物质。其次，二水石膏作为硫酸盐激发剂能够与矿物掺合料形成新的胶凝物质填充孔隙，增强材料的密实性和强度。硫酸盐激发剂还能够加速矿物掺合料的凝结和硬化过程，提高早期强度且具有更好的耐久性和抗渗性，膨胀剂中的碱性物质与矿粉中的氢氧化钙发生反应，生成大量的水化铝酸钙(c2s)和水化铁酸钙(c3a)。膨胀剂中的硅酸盐矿物在高温下发生分解，释放出气体，这进一步加剧了体积膨胀，使得管道内部更加充实。加速水化进程提强度，且不影响其流动性能，混合浆体的初始流动度应大小290mm，30min经时损失不小于260mm，等注浆材料的基本工艺要求，28d强度在1.5mpa以上。可以看出，本发明能够将城市净水厂产生的净水污泥进行有效利用，并作为地下管道回填注浆材料，即实现了净水污泥的回用，同时避免了用水泥、并且具有环保的优势。

20、本发明制备方法中，首先将配置好的解絮剂投入絮凝污泥中搅拌破坏胞状结构释放自由水，随后再加入矿物掺合料进一步充分搅拌混合至均匀，最终将激发剂及外加剂加入达到以达到固化效果，得到最终具有良好流动性能和凝结性能的浆体。