本發(fā)明屬于土木工程，具體涉及一種自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著工程的不斷增多，高等級(jí)道路建設(shè)迅速發(fā)展。由于高等級(jí)道路所處地質(zhì)條件的差異，許多道路建在軟弱土質(zhì)地基上，但是軟弱土地基具有明顯的觸變性、壓縮性大和強(qiáng)度低等不良特征，對(duì)路基造成嚴(yán)重危害，所以必須進(jìn)行處治。

2、在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中對(duì)軟弱土層進(jìn)行路基地基加固時(shí)，常規(guī)的方法包括預(yù)制管樁加固、cfg樁加固、水泥土攪拌樁加固或散體材料樁加固等；但是，預(yù)制管樁和cfg樁加固成本高昂且在軟弱土層中表現(xiàn)并不理想；水泥土攪拌樁樁身滲透性差，對(duì)樁間土的排水固結(jié)不利；散體材料樁整體性弱，加載后容易出現(xiàn)鼓脹破壞等問(wèn)題。

3、同時(shí)在城市地下空間建設(shè)、疏浚工程和島礁工程等開(kāi)發(fā)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量廢棄泥漿。廢棄泥漿的工程性狀較差，其堆放需要長(zhǎng)時(shí)間、大面積占用土地，并且容易造成環(huán)境污染，處理難度大。將廢棄開(kāi)挖地質(zhì)材料通過(guò)化學(xué)改性質(zhì)轉(zhuǎn)化為工程材料再利用，可以有效地解決堆場(chǎng)的用地和污染問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。目前，在對(duì)廢棄開(kāi)挖地質(zhì)材料的資源化處理中，常見(jiàn)的方式是基于水泥基材料進(jìn)行化學(xué)改性，提升其力學(xué)性狀，但水泥作為一種高碳排材料，使用水泥基材料處理廢棄開(kāi)挖地質(zhì)材料不符合環(huán)保理念。且，工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的大宗固體廢棄物如高爐礦渣、工業(yè)副產(chǎn)石膏等未得到有效利用，大量堆積也會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

4、如果能夠?qū)U棄泥漿改性用作樁體材料，用于處治軟弱土質(zhì)地基，可以減少土地資源消耗和環(huán)境污染的同時(shí)可以有效加固改良軟土地基，減少地基沉降問(wèn)題并提高承載力，但是現(xiàn)有技術(shù)中并未相關(guān)研究。為此，能夠提供一種自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁及其制備方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄泥漿的綠色高附加值再利用和大宗固廢的綜合利用，減碳固碳的同時(shí)降低處理成本，有效加固改良軟土地基，減少地基沉降問(wèn)題并提高承載力。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁的制備方法，包括以下具體步驟：

4、（1）將廢棄泥漿過(guò)篩清除雜物，備用；

5、（2）在步驟（1）得到的所述廢棄泥漿中加入固化劑混合均勻后得到改性廢棄泥漿，其中，所述固化劑包括以下質(zhì)量百分比原材料：礦渣60-80%、堿激發(fā)劑20-30%、工業(yè)副產(chǎn)石膏5-15%、生物炭5-10%和復(fù)合外加劑0-0.5%；

6、（3）將所述改性廢棄泥漿加入模具后進(jìn)行排水固結(jié)和養(yǎng)護(hù)即得到一種自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁。

7、固化劑中由于礦渣本身具有潛在水硬性，經(jīng)過(guò)堿激發(fā)、硫酸鹽激發(fā)等化學(xué)激發(fā)后會(huì)產(chǎn)生良好的活性；工業(yè)副產(chǎn)石膏中富含的硫酸鹽在堿性環(huán)境中具有較好的激發(fā)效果，在礦渣中添加堿性物質(zhì)和工業(yè)副產(chǎn)石膏可以實(shí)現(xiàn)堿激發(fā)和硫酸鹽激發(fā)的雙向激發(fā)；由于礦渣膠凝材料與水泥在物理化學(xué)上的差異，其固化效果好于水泥，這使得礦渣具有了代替水泥等高碳排放固化材料的潛力；生物炭是生物質(zhì)原料經(jīng)熱裂解后產(chǎn)生的產(chǎn)物，通常在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用作土壤改良劑，由于生物炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、高度的化學(xué)穩(wěn)定性及其表面含有羧基、酚羥基等官能團(tuán)，碳化過(guò)程中會(huì)消耗大量co2，并能吸附空氣中的co2，是一種極具潛力的固碳材料，生物炭吸附的co2可以與固化材料中的鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣晶體，還可以與固化材料中的堿性氧化物反應(yīng)生成相應(yīng)的碳酸鹽；此外，在堿性環(huán)境下，生物炭吸附的co2能夠參與火山灰反應(yīng)，形成膠凝產(chǎn)物c-s-h，這些反應(yīng)產(chǎn)物能夠增加材料的密實(shí)度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性；同時(shí)，生物炭表面的羧基、酚羥基等官能團(tuán)能夠與固化材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的界面結(jié)合，生成穩(wěn)定的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包裹在生物炭顆粒表面，提高材料的耐久性。因此，本發(fā)明中引入生物炭，不僅能夠達(dá)到降低碳排放的目的，實(shí)現(xiàn)增加碳匯能力的功能，還能夠提高樁體的強(qiáng)度、承載力和穩(wěn)定耐久性。

8、優(yōu)選的，步驟（2）中所述固化劑和所述廢棄泥漿的質(zhì)量比1:7-8；

9、所述混合的攪拌轉(zhuǎn)速為60-180rpm。

10、優(yōu)選的，步驟（2）中所述廢棄泥漿含水率為90-120%；

11、所述礦渣的比表面積為400-800m2/kg，且堿度大于等于1.0；

12、所述堿激發(fā)劑的粒徑在0.08mm以下，且純度為96%以上；

13、所述工業(yè)副產(chǎn)石膏的平均粒徑在0.08mm以下；

14、所述生物炭的主要元素包括：c?46-79wt%，o?5-38wt%；所述生物炭的比表面積為300-550m2/kg，孔體積為0.01-0.3cm3，孔徑為1-35nm；

15、所述復(fù)合外加劑為速凝劑、早強(qiáng)劑、緩凝劑和防凍劑中的至少一種。

16、優(yōu)選的，步驟（3）中所述模具為由丙綸紗線經(jīng)過(guò)縫紉而成的透水土工織物，所述改性廢棄泥漿充填滿后其結(jié)構(gòu)為中空?qǐng)A柱體；

17、所述排水固結(jié)采用管道氣囊膨脹，所述管道氣囊完全膨脹后外徑為18-25cm，長(zhǎng)度為1.5-3.5m，最大承壓為0.05mpa；

18、所述養(yǎng)護(hù)的溫度為20±2℃，濕度為90%以上。

19、優(yōu)選的，步驟（3）中所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁的內(nèi)徑為14-20cm，外徑為50-60cm，含水率為60-80％。

20、如上述所述制備方法得到的一種自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁。

21、如上述所述一種自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁在加固地基中的應(yīng)用。

22、優(yōu)選的，所述加固地基中的樁體采用所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁，中心材料為漿液加固散體材料；

23、其中，所述漿液為改性廢棄泥漿，所述散體材料為地基打孔過(guò)程中開(kāi)挖出的砂石或者其它產(chǎn)生的難以二次利用的固體廢棄物。

24、優(yōu)選的，所述加固地基中將所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁進(jìn)行切削，形成孔洞，所述孔洞在樁周均勻分布，上下所述孔洞中心間隔1-3m。

25、優(yōu)選的，所述加固地基的具體施工方法為：

26、1）將所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁進(jìn)行切削，形成孔洞，備用；

27、2）采用雙套管法在土層中成孔，打入地基中至標(biāo)高后，無(wú)振動(dòng)狀態(tài)上拔內(nèi)管連同內(nèi)管中的土一起拔出；

28、3）按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度垂直地面放入步驟1）得到的所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁，并在所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁中心插入注漿管，通過(guò)軟管與注漿泵相連；然后向所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁中空位置填入散體材料至地面高度，可溢出樁體；

29、4）拔出所述雙套管的外管，繼續(xù)向所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁內(nèi)部投入所述散體材料，使之能從所述孔洞中溢出填布在所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁周邊；

30、5）在擠土作用下，樁周邊土層中的孔隙水沿著所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁中間的所述散體材料排出，樁土自適應(yīng)，待周邊土層中排水結(jié)束后，通過(guò)所述注漿泵沿所述注漿管向所述散體材料中注入漿液，所述漿液和所述散體材料固結(jié)并通過(guò)所述孔洞及通過(guò)所述孔洞溢出的所述散體材料滲入到樁周土體中，同時(shí)充滿整個(gè)所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁的內(nèi)部空腔，使所述散體材料與所述自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁及周邊土層形成整體。

31、本發(fā)明加固地基的方法可以顯著降低施工后沉降，通過(guò)砂石散體材料的排水通道功能和注漿固結(jié)作用，加固周邊軟土層，顯著降低了施工后的沉降；同時(shí)提高復(fù)合地基的承載力和穩(wěn)定性，利用改性廢棄泥漿樁與散體材料及周邊土體固結(jié)成整體，大幅提高了復(fù)合地基的承載力和穩(wěn)定性。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

33、（1）本發(fā)明通過(guò)對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行改性處理，將其轉(zhuǎn)化為具有高附加值的工程材料，實(shí)現(xiàn)廢棄泥漿的綠色環(huán)保再利用，減少堆放占地和環(huán)境污染問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益；同時(shí)，通過(guò)對(duì)礦渣、工業(yè)副產(chǎn)石膏和建筑廢料等大宗固體廢棄物的綜合利用，實(shí)現(xiàn)了高效資源利用，減少了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

34、（2）本發(fā)明通過(guò)引入生物炭作為固碳材料，不僅在碳化過(guò)程中消耗大量二氧化碳，還能吸附空氣中的二氧化碳，與固化材料反應(yīng)生成碳酸鹽，達(dá)到減碳固碳的目的，符合環(huán)保理念；通過(guò)使用廢棄泥漿和固廢材料替代水泥，避免了水泥生產(chǎn)中的高能耗和高碳排放。

35、（3）本發(fā)明通過(guò)科學(xué)配比工業(yè)副產(chǎn)石膏、堿激發(fā)劑、礦渣、生物炭等多種組分，充分發(fā)揮各組分的特性與協(xié)同作用，提高固化效果和材料性能。

36、（4）本發(fā)明通過(guò)將改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁與漿液穩(wěn)定散體材料組合使用，樁體自適應(yīng)，散體材料在注漿前可溢出樁體，提供排水通道，加固周邊軟弱土層，顯著降低工后沉降；注漿后漿液填充散體材料孔隙并通過(guò)散體材料通道進(jìn)入周邊土體，使散體材料與改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁及周邊土體凝固成整體，大幅提高復(fù)合地基的承載力和穩(wěn)定性。

37、（5）本發(fā)明空心自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁的制備方法簡(jiǎn)易方便，各個(gè)原料科學(xué)配比，將有效成分有機(jī)結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮了各組分的特性與協(xié)同作用，合理調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)選最佳的工藝參數(shù)范圍，各個(gè)原料之間更加牢固的結(jié)合，使得固化劑達(dá)到最佳的效果；預(yù)制空心自適應(yīng)改性廢棄泥漿固碳環(huán)保樁具有自適應(yīng)特性，施工過(guò)程便捷，減少了施工難度和時(shí)間成本。

38、（6）本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和材料使用，提高了樁體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，使其在軟土層中具有更好的支撐能力；同時(shí)，通過(guò)漿液填充散體材料孔隙并擴(kuò)散至周圍土體，形成更密實(shí)的地基結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了復(fù)合地基的整體穩(wěn)定性和承載能力；且生物炭表面的羧基、酚羥基等官能團(tuán)與固化材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的界面結(jié)合和穩(wěn)定的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包裹在生物炭顆粒表面，提高了材料的耐久性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

39、（7）本發(fā)明通過(guò)廢棄泥漿和固體廢棄物的高附加值改性再利用，可以降低廢棄泥漿處置成本和高性能耗材購(gòu)買量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；并且使用該方法可以降低廢棄泥漿和固體廢棄物處置中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，減少水泥的使用，降低碳排放，社會(huì)效益突出。

40、（8）本發(fā)明通過(guò)漿液填充與土體結(jié)合的優(yōu)化，環(huán)保節(jié)能材料的應(yīng)用，樁體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，散體材料的靈活運(yùn)用，顯著提升了復(fù)合地基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、承載力、施工便利性和環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)固碳減排、綠色環(huán)保。