【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于隧道棄渣綜合利用，更具體地說(shuō)，涉及一種固化劑、基于多種固體廢棄物固化的隧道棄渣再生低滲透性材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、道路是連接人們往來(lái)與溝通的紐帶，而隧道則是穿越山巒、促進(jìn)不同地區(qū)精神與物質(zhì)文化交流的關(guān)鍵通道。隨著西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，交通建設(shè)日益重要，隧道工程得以迅速推進(jìn)，隨之產(chǎn)生了大量的隧道棄渣。由于管理模式滯后及隧道棄渣自身的局限性，這些棄渣的利用率僅約為20％，大部分棄渣未能得到有效利用，需集中堆積處置。這不僅占用大量土地，造成資源和空間的極大浪費(fèi)，且由于堆積疏松，成土困難，可能引發(fā)水土流失、泥石流等災(zāi)害。此外，由于隧道所在地區(qū)的礦產(chǎn)資源差異，棄渣中可能含有有害離子，長(zhǎng)期堆存可能導(dǎo)致地下水或土壤中鐵、錳、鎳、鈹?shù)仍爻瑯?biāo)，引發(fā)環(huán)境污染。因此，如何有效綜合利用西部地區(qū)的隧道棄渣，并優(yōu)化資源配置，已成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
2、以g30連霍高速公路清水驛至忠和段的鳳凰山隧道為例，該工程位于蘭州市榆中縣金崖鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)為左右分離式雙洞長(zhǎng)隧道，全長(zhǎng)3945米，屬公路特長(zhǎng)隧道，最大埋深達(dá)180米。在施工過(guò)程中產(chǎn)生了大量隧道廢棄渣土。這些渣土在遇水時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)度不穩(wěn)定，并且富含硫酸鹽，具備鹽漬土的工程特性。由于甘肅蘭州地區(qū)的7、8月份雨水集中且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，施工現(xiàn)場(chǎng)易發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間積水。這種環(huán)境下，傳統(tǒng)的石灰類(lèi)固化土極易失穩(wěn)，導(dǎo)致路基的安全性和穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅。為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，施工現(xiàn)場(chǎng)通常采用“兩布一膜”的防滲措施，即在路基中鋪設(shè)兩層土工布和一層土工膜。然而，這種傳統(tǒng)的處理方法雖然在一定程度上起到了防滲
3、經(jīng)檢索，專利cn101182139a公開(kāi)了一種具有較高強(qiáng)度和保水性的砌筑水泥，該砌筑水泥中加入有機(jī)增稠劑，所述有機(jī)增稠劑為淀粉或改性淀粉、淀粉醚、瓊膠、阿拉伯膠、大豆膠、瓜爾膠及其衍生物、木聚糖、黃原膠等多糖。但生物膠例如黃原膠和瓜爾膠在高溫下容易降解或失去粘度，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
4、專利cn104478361a公開(kāi)了一種工業(yè)固廢的預(yù)處理方法，其采用工業(yè)尾氣處理固廢，制得的赤泥基地聚物類(lèi)膠凝材料中，選用生物多糖類(lèi)、磷酸鹽類(lèi)、多孔材料類(lèi)、硅酸鹽類(lèi)、有機(jī)聚合物類(lèi)重金屬及堿性固化/穩(wěn)定化組分中的一種或幾種作為污染因子固化劑，但該專利中未針對(duì)高硫酸根和強(qiáng)硫酸鹽類(lèi)土的處理設(shè)計(jì)。該專利公開(kāi)的技術(shù)主要用于重金屬污染固廢的穩(wěn)定化，并未涉及對(duì)高濃度硫酸根離子的抑制或固化機(jī)制，隧道棄渣中的高硫酸根浸出問(wèn)題可能導(dǎo)致材料膨脹和破壞，影響固化效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、1.要解決的問(wèn)題
2、針對(duì)現(xiàn)有的固化劑不適用于隧道棄渣的問(wèn)題，本專利技術(shù)的第一目的在于提供一種固化劑，該固化劑能夠顯著降低土體的孔隙率，減少滲透系數(shù)，適用于高抗?jié)B性和高耐久性的環(huán)境；
3、本專利技術(shù)的第二目的在于提供一種基于多種固體廢棄物固化的隧道棄渣再生低滲透性材料及其制備方法，制得的材料能夠顯著降低土體的孔隙率，減少滲透系數(shù)，制得的材料具有足夠的強(qiáng)度和優(yōu)異的水穩(wěn)定性。
4、2.技術(shù)方案
5、為了解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案如下：
6、本專利技術(shù)的第一目的在于提供一種固化劑，用于固化隧道棄渣再生利用低滲透性材料，其包括膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分，其中，所述膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分的質(zhì)量比例為：(6-7)：1：(0.45-0.7)：(1.6-1.7)，所述粘結(jié)組分為由重復(fù)的四糖單位組成，通過(guò)氫鍵和離子鍵形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)，所述四糖單位包括依次連接的d-葡萄糖、d-葡萄糖醛酸、d-葡萄糖和l-鼠李糖，四個(gè)糖通過(guò)氧橋連接，形成長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，并通過(guò)氫鍵和離子鍵的相互作用加強(qiáng)其穩(wěn)定性。具體而言，所述d-葡萄糖和d-葡萄糖醛酸通過(guò)β-1,4糖苷鍵連接，所述l-鼠李糖和d-葡萄糖通過(guò)α-1,3糖苷鍵連接，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的四糖單元。根據(jù)上述連接關(guān)系，粘結(jié)組分的分子式為(c6h10o5)n(c6h10o5)m(c5h10o4)k，該分子式中的n、m和k代表分子鏈的聚合度，(c6h10o5)n代表的是葡萄糖(glc)單元，(c6h10o5)m代表的是葡萄糖醛酸(glca)單元，(c5h10o4)k代表的是鼠李糖(rha)單元，其中n、m和k的數(shù)值為20-25，且n、m和k滿足2：1：1，具體的聚合度可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)。
7、更進(jìn)一步地，所述粘結(jié)組分的常見(jiàn)的制備方式是通過(guò)酶催化反應(yīng)合成多糖，具體步驟如下：
8、s1.準(zhǔn)備原料：確保葡萄糖(glc)、鼠李糖(rha)和葡萄糖醛酸(glca)比例為2：1：1；
9、s2.催化反應(yīng)：選擇轉(zhuǎn)糖苷酶，并將葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸按比例混合，促使它們之間通過(guò)糖苷鍵形成連接。
10、酶催化反應(yīng)有以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟，將葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸溶解在水中，所述轉(zhuǎn)糖苷酶的添加量為多糖總干重的0.1wt％-0.8wt％，調(diào)整ph值至合適的酶催化反應(yīng)范圍，一般為ph?5.5-7.0；在30℃-50℃的溫度條件下，添加轉(zhuǎn)糖苷酶催化反應(yīng)，該酶催化葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸之間的糖苷鍵的形成；反應(yīng)過(guò)程中，可以使用高效液相色譜(hplc)監(jiān)測(cè)糖苷鍵的形成及多糖鏈的增長(zhǎng)；
11、s3.提純與分子量控制：將反應(yīng)時(shí)間設(shè)置為48h-72h，待反應(yīng)完成后，使用透析、凝膠滲透色譜(gpc)或超濾技術(shù)去除未反應(yīng)的單糖、酶和副產(chǎn)物，從而獲得純凈的粘結(jié)組分；
12、s4.提純與分子量控制：干燥與儲(chǔ)存：將提純后的多糖溶液進(jìn)行冷凍干燥，得到粉末狀的粘結(jié)組分，該粉末可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，用于后續(xù)的固化劑制備。
13、更進(jìn)一步地，所述粘結(jié)組分的添加量為隧道棄渣干質(zhì)量的0.6％-0.8％。
14、優(yōu)選地，所述粘結(jié)組分平均摩爾質(zhì)量不低于500000g/mol，粒徑不大于0.15mm。
15、更進(jìn)一步地，膠凝組分與堿激發(fā)組分的質(zhì)量比為(6-7)：1，所述膠凝材料由鎳鐵渣和高爐礦渣組成，鎳鐵渣和高爐礦渣的質(zhì)量比為(2-3)：1。
16、優(yōu)選地，所述鎳鐵渣比表面積不低于400m2/kg，含水量小于1％；所述高爐礦渣密度不低于2.8g/cm3，比表面積不低于400m2/kg，含水量小于1％。
17、更進(jìn)一步地，所述堿激發(fā)材料由電石渣和磷石膏組成，電石渣和磷石膏的質(zhì)量比為10/1-11/1。
18、優(yōu)選地，所述電石渣比表面積目數(shù)不低于200目，氫氧化鈣含量不低于60％，含水量小于1％；所述磷石膏比表面積400m2/kg-500m2/kg，可溶性磷酸鹽的含量1％-2％，含水量小于1％。
19、本專利采用的粘結(jié)組分具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，其分子由重復(fù)的四糖單位(葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸)組成，通過(guò)氫鍵和離子鍵形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成降低了分子系統(tǒng)的自由能，使粘結(jié)組分在高溫下不易分解本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種固化劑，包括膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分，其特征在于，所述膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分的質(zhì)量比例為：(6-7)：1：(0.45-0.7)：(1.6-1.7)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固化劑，其特征在于，所述粘結(jié)組分的分子式為(C6H10O5)n(C6H10O5)m(C5H10O4)k，其中，(C6H10O5)n為葡萄糖單元，(C6H10O5)m為葡萄糖醛酸單元，(C5H10O4)k為鼠李糖(Rha)單元，其中n、m和k的數(shù)值為20-25，且n、m和k滿足2：1：1，粘結(jié)組分的平均摩爾質(zhì)量不低于500000g/mol，粒徑不大于0.15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固化劑，其特征在于，所述粘結(jié)組分由D-葡萄糖、L-鼠李糖和D-葡萄糖醛酸在轉(zhuǎn)糖苷酶的催化作用下制備得到，所述轉(zhuǎn)糖苷酶的添加量為D-葡萄糖、L-鼠李糖和D-葡萄糖醛酸總干重的0.1wt％-0.8wt％，反應(yīng)pH為5.5-7.0，反應(yīng)溫度為30℃-50℃，反應(yīng)時(shí)間為48h-72h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固化劑，其特征在于，所述膠凝材料由鎳鐵渣和高爐礦
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固化劑，其特征在于，所述堿激發(fā)材料由電石渣和磷石膏組成，電石渣和磷石膏的質(zhì)量比為(10-11)/1。
6.一種基于多種固體廢棄物固化的隧道棄渣再生低滲透性材料，包含權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的固化劑，其特征在于，還包括隧道棄渣和水，所述隧道棄渣與固化劑的干質(zhì)量比為1：(0.08-0.1)，隧道棄渣含水率控制在15％-16％，所述固化劑包括膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分，所述膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分的質(zhì)量比例為：(6-7)：1：(0.45-0.7)：(1.6-1.7)，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料，其特征在于，隧道棄渣中80％-85％為黃土，15％-20％為玄武巖巖石碎屑，根據(jù)液塑限聯(lián)合測(cè)定試驗(yàn)液限為29.2％，塑限指數(shù)為10.9，屬于低塑性黏土。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的材料，其特征在于，所述隧道棄渣的易溶鹽總量為3.0％-3.1％，氯離子總量為0.20％-0.30％，硫酸根離子濃度為1.10％-1.30％，屬于強(qiáng)硫酸鹽類(lèi)土，c(SO42-)/c(Cl-)＞2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的材料，其特征在于，所述隧道棄渣的硫酸根離子浸出濃度為1701mg/L-1758mg/L。
10.一種制備權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的材料的方法，其特征在于，包括步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種固化劑，包括膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分，其特征在于，所述膠凝組分、堿激發(fā)組分、粘結(jié)組分、增強(qiáng)組分的質(zhì)量比例為：(6-7)：1：(0.45-0.7)：(1.6-1.7)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固化劑，其特征在于，所述粘結(jié)組分的分子式為(c6h10o5)n(c6h10o5)m(c5h10o4)k，其中，(c6h10o5)n為葡萄糖單元，(c6h10o5)m為葡萄糖醛酸單元，(c5h10o4)k為鼠李糖(rha)單元，其中n、m和k的數(shù)值為20-25，且n、m和k滿足2：1：1，粘結(jié)組分的平均摩爾質(zhì)量不低于500000g/mol，粒徑不大于0.15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固化劑，其特征在于，所述粘結(jié)組分由d-葡萄糖、l-鼠李糖和d-葡萄糖醛酸在轉(zhuǎn)糖苷酶的催化作用下制備得到，所述轉(zhuǎn)糖苷酶的添加量為d-葡萄糖、l-鼠李糖和d-葡萄糖醛酸總干重的0.1wt％-0.8wt％，反應(yīng)ph為5.5-7.0，反應(yīng)溫度為30℃-50℃，反應(yīng)時(shí)間為48h-72h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固化劑，其特征在于，所述膠凝材料由鎳鐵渣和高爐礦渣組成，鎳鐵渣和高爐礦渣的質(zhì)量比為(2-3)：1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固化劑，其特征在于，所述堿激發(fā)材料...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃金坤，金仁才，趙國(guó)輝，程安春，林恩峰，徐楊，杜延軍，曾施敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)十七冶集團(tuán)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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