一种渣土处置添加剂及其制备方法和应用
本发明涉及渣土固化领域，尤其涉及一种渣土处置添加剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着我国基础设施的发展，越来越多的城市使用盾构法修建地下工程，盾构渣土已经成为城市建设中最主要的垃圾来源，给城市环境带来了极大的挑战。目前盾构渣土的主要处理方式是填埋，这种处理方式需要将盾构渣土运送至填埋场，容易导致道路遗洒和环境污染，渣土填埋还需要占用大片土地资源。
2、目前现有技术一般选择在渣土中加入固化剂，破坏渣土表面水膜，破坏颗粒吸水性、增加斥水性，经活化、碾压等系列处理工艺，加速渣土固化，促使构筑物密实度、抗水性等综合性能显著增强，从而提高构造物强度和承载能力。
3、现有的土壤固化剂多采用水泥、粉煤灰等材料，用量较大，形成的固化土均匀性差、强度低且生产过程中产生大量的碳排放，环保性差。加之盾构掘进过程中穿越地质条件复杂，形成的渣土矿物类型多，化学成分复杂，现有土壤固化剂难以固化盾构渣土，导致相当一部分盾构渣土只能外运弃置，造成大量资源浪费及环境污染。
4、有鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种渣土处置添加剂及其制备方法和应用。
2、为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
3、作为本发明的第一方面，本发明提供一种渣土处置添加剂，按照质量份，包括纳米二氧化硅0.1-5份、环氧树脂40-60份、湿固化型固化剂10-60份、微胶囊5-20份、表面活性剂0.01-0.1份和碳纳米管0.1-1份等。
4、纳米二氧化硅具有小尺寸粒径和高表面活性，能够与环氧树脂协同固化。
5、优选地，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。
6、优选地，所述湿固化型固化剂包括酮亚胺或甲氧基硅烷。所述湿固化型固化剂可以与环氧树脂发生固化反应形成高分子网格结构胶结土颗粒。
7、优选地，所述微胶囊为遇碱性可溶解的微胶囊。所述微胶囊包括丙烯酸聚合物、丙烯酸酯聚合物、已糖聚合物或半乳糖醛酸甲基酯等中的一种或多种。
8、优选地，所述湿固化型固化剂包裹于所述微胶囊中。
9、所述微胶囊包裹湿固化型固化剂，当遇到水泥、石灰等碱性物质时胶囊溶解，释放湿固化型固化剂与环氧树脂反应。
10、优选地，所述表面活性剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺等中的一种或多种，可以提升渣土浆液的流动性。
11、作为本发明的第二方面，本发明还提供一种所述的渣土处置添加剂的制备方法，至少依次包括以下步骤：将所述0.1-5份的纳米二氧化硅与40-60份的环氧树脂搅拌混合，加入所述0.1-1份的碳纳米管进行超声分散，得到混合物；将所述10-60份的湿固化型固化剂包裹于5-20份的微胶囊中，将包裹后的微胶囊和0.01-0.1份的表面活性剂加入所述混合物，混合均匀，即得所述渣土处置添加剂。
12、作为本发明的第三方面，本发明还提供一种与第二方面并列的技术方案，即一种所述的渣土处置添加剂的制备方法，至少依次包括以下步骤：将所述0.1-5份的纳米二氧化硅、40-60份的环氧树脂和1-3份的湿固化型固化剂搅拌混合，加入所述0.1-1份的碳纳米管进行超声分散，得到混合物；将7-59份的湿固化型固化剂包裹于5-20份的微胶囊中，将包裹后微胶囊和0.01-0.1份的表面活性剂加入所述混合物，混合均匀，即得所述渣土处置添加剂。在微胶囊外实现加入少量的湿固化型固化剂，能够预先与环氧树脂发生固化反应形成一定量的高分子网格结构胶结土颗粒，进而在微胶囊释放的大量湿固化型固化剂参与该反应过程中充当桥梁作用，形成更大范围和更稳固的网络结构。
13、作为本发明的第四方面，本发明还提供一种所述的渣土处置添加剂的应用：所述渣土处置添加剂与碱性无机组分配合使用。
14、所述无机组分包括水泥、石灰或矿渣中的一种或多种。所述无机组分遇水形成碱性环境，促使微胶囊溶解，并且其自身可以与环氧树脂以及纳米sio2共同作用形成胶凝物质。
15、所述渣土处置添加剂配合水泥等无机组分使用，无机组分遇到水发生水化反应形成胶凝物质，这些水化产物将土壤颗粒包裹起来，使土壤颗粒由分散的小颗粒变成团聚状大颗粒，从而提高了渣土的强度。所述渣土处置添加剂中环氧树脂的羟基吸附了钙离子，降低了溶液中钙离子的浓度，促进了水泥等无机组分的电离过程，最终导致溶液中ca2+、oh-过多。所述渣土处置添加剂中的纳米sio2中存在聚合度比较差的si-o四面体，在碱性环境下和浆液中的水接触后，si-o四面体的结合越来越弱，以至于后来慢慢的离开原本的位置发生溶解，会变成h3sio-形态并进入溶液，一旦碰见钙离子，极其容易生成水化硅酸钙凝胶。
16、本发明中，在环氧树脂和纳米sio2的共同作用下，更多的凝胶物质生成。纳米sio2具有平均粒径小、比表面积较大等优异的表面特性，能很好的吸附固化土内部的ca2+，而由于吸附了ca2+之后，固化土内部的c2s、c3a以及c3s水化速率加快。另一方面，因为纳米sio2具有分散作用，使得固化土内部的颗粒分布较均匀，能够让更加多的内部未参与反应的颗粒与水接触发生反应，从而提高固化土整体的水化程度，这两方面的结合使得固化土内部的水化程度变深，生成的水化产物变多，使得固化土内部的颗粒之间的大孔隙变为小孔隙，最终消失，从而加强固化土的性能。所得土壤固化后强度高，均匀性好，稳定性强，抗冻性能较好，碳排放较少。
17、碳纳米管起到增强增韧作用，在纳米尺度与环氧树脂膜、水化产物互相交叉，避免了固化后渣土开裂，增强了固化渣土强度。
技术特征：
1.一种渣土处置添加剂，其特征在于，按照质量份，包括纳米二氧化硅0.1-5份、环氧树脂40-60份、湿固化型固化剂10-60份、微胶囊5-20份、表面活性剂0.01-0.1份和碳纳米管0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的渣土处置添加剂，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的渣土处置添加剂，其特征在于，所述湿固化型固化剂包括酮亚胺或甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的渣土处置添加剂，其特征在于，所述微胶囊包括丙烯酸聚合物、丙烯酸酯聚合物、已糖聚合物或半乳糖醛酸甲基酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的渣土处置添加剂，其特征在于，所述表面活性剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的渣土处置添加剂，其特征在于，所述湿固化型固化剂包裹于所述微胶囊中。
7.一种权利要求1-6任一项所述的渣土处置添加剂的制备方法，其特征在于，至少依次包括以下步骤：将所述0.1-5份的纳米二氧化硅与40-60份的环氧树脂搅拌混合，加入所述0.1-1份的碳纳米管进行超声分散，得到混合物；将所述10-60份的湿固化型固化剂包裹于5-20份的微胶囊中，将包裹后的微胶囊和0.01-0.1份的表面活性剂加入所述混合物，混合均匀，即得所述渣土处置添加剂。
8.一种权利要求1-6任一项所述的渣土处置添加剂的制备方法，其特征在于，至少依次包括以下步骤：将所述0.1-5份的纳米二氧化硅、40-60份的环氧树脂和1-3份的湿固化型固化剂搅拌混合，加入所述0.1-1份的碳纳米管进行超声分散，得到混合物；将7-59份的湿固化型固化剂包裹于5-20份的微胶囊中，将包裹后的微胶囊和0.01-0.1份的表面活性剂加入所述混合物，混合均匀，即得所述渣土处置添加剂。
9.一种权利要求1-6任一项所述的渣土处置添加剂的应用，其特征在于，所述渣土处置添加剂与无机组分配合使用。
10.根据权利要求9所述的渣土处置添加剂的应用，其特征在于，所述无机组分包括水泥、石灰或矿渣中的一种或多种。
技术总结
本发明提供一种渣土处置添加剂及其制备方法和应用，属于土壤固化领域。按照质量份，添加剂包括纳米二氧化硅0.1‑5份、环氧树脂40‑60份、湿固化型固化剂10‑60份、微胶囊5‑20份、表面活性剂0.01‑0.1份和碳纳米管0.1‑1份。其制备方法是按上述比例将纳米二氧化硅与环氧树脂搅拌混合，加入碳纳米管进行超声分散，得到混合物；将湿固化型固化剂包裹于微胶囊中，将包裹后的微胶囊和表面活性剂加入所述混合物，混合均匀而得；也可在制备所述混合物时加入少量湿固化型固化剂。该添加剂应用时与无机组分配合使用。渣土固化后强度高，均匀性好，稳定性强，抗冻性能较好，碳排放较少。
技术研发人员：谭忠盛,崔莹,王健,时懿秀,白震,曹玉新,娄在明
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23