1.本发明属于固化剂材料技术领域，具体涉及一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。
背景技术：
2.河道清淤及市政工程产生了大量的淤泥，占用了城市空间及农耕土地。如何采用有效、合理、环保的方法处理淤泥并将其作为优质的工程材料资源化利用是当下的一个热门研究问题。
3.由于淤泥具有含水率高、压缩性大、强度低、稳定性差、承载能力低等特点，因此很难被作为工程材料直接使用。常用的淤泥处理方法有吹填造陆法、高温烧结法、物理脱水法和固化处理法。陆地吹填法是在需要填方的地区修建围堰，然后将淤泥吹填到围堰内，进行地基处理后作为地基土使用，这种方法需要投入大量的地基处理费用，处理周期长。高温烧结法是通过高温处理获得高硬度的烧结物，然后再次处理作为路面材料或制成轻质砖使用，这种方法对淤泥的成分要求较高，且费时费力。物理脱水法主要是利用机械设备强制挤出淤泥中的水分从而起到加固土体的作用，这种方法一次性投资较高且处理能力有限，不适用于财力不高的发展中国家。固化处理法是通过掺入化学固化材料，利用其与淤泥土颗粒间的物理、化学反应形成土体骨架结构、填充土体间隙起到补强加固的作用，该方法既能消耗大量产生的淤泥，又解决了部分地区工程用土短缺的问题，具有处理量大、处理时间短的优点。传统地质聚合物固化剂采用双组分制备，由碱激发剂溶液与固体硅铝原料两个组分加水反应得到，在实际工程中，双组分地质聚合物固化剂要准备大量粘性高并且具有腐蚀性和毒性的碱激发溶液，不利于安全生产。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，通过优化球磨工艺和组分配比设计，制得单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，实现工业固废资源的再利用，工艺条件温和，在常温下制备，实用性强、可操作性强，能有效提高疏浚淤泥的固化土强度，可代替传统的水泥基固化剂使用，经济效益和生态效益显著。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，主要组分按质量百分数计，镍渣50%~85%、碱激发剂5%~15%。还包括以下质量百分数的组分中的至少一种：矿渣10%~40%、粉煤灰10%~30%、石粉10%~30%。
6.进一步地，所述的镍渣为原状水淬镍渣。所述的碱激发剂为固体氢氧化钠、固体硅酸钠、固体碳酸钠中的至少一种。所述的矿渣为原状高炉矿渣。所述的粉煤灰为一级粉煤灰。所述的石粉为花岗岩废石粉。
7.制备方法：将镍渣和矿渣、粉煤灰、石粉中的至少一种以装球率（总钢球堆积体积
占罐体体积的百分率）为30%，球料比（钢球质量与镍渣质量的比值）为15，高速球磨1-2h，再加入碱激发剂低速球磨0.5h，制得所述的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。球磨过程中控制球磨罐的气压与温度在标准条件下，以保证工业固废与固体碱激发剂充分反应。
8.本发明的有益效果在于：（1）本发明的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，以工业固废为主要原料，能够实现工业固废资源化再利用，保护环境，且其生产设备简单，可实现连续化工业生产。通过关键技术指标控制，活化后的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂性能稳定，活性更高，耗能更低，具有显著的经济、环保效益。
9.（2）本发明通过优化球磨工艺和配合比设计，制备得到单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，将固化剂与淤泥混合，控制总含水率为混合物总重量的50%以下，待其固结硬化后的产物工程性质明显改善，基本满足路基路面工程回填土、江河堤坝填筑材料、假山填筑材料等要求。
10.（3）本发明采用机械高速球磨过程，罐内钢球对物料进行高速撞击粉碎，在机械力化学效应作用下，一方面物料颗粒细化的同时，其对碱激发剂的吸附更为均匀和牢固，另一方面，机械动能转化为磨细颗粒的内能，使磨细物料颗粒内部产生裂纹、大量新鲜表面生成，物料的表面活性升高，水分子更容易侵入、溶解性能增大。在碱激发剂作用下，更容易生成硅铝质胶凝性物质；淤泥中存在的重金属，由于硅铝质胶凝性物质的包裹作用固结，形成整体的不溶物，可实现重金属的稳定化，生成的硅铝质胶凝性物质使淤泥抗压强度提高。
11.（4）本发明用镍渣、矿渣、粉煤灰、石粉等工业固废作为固化剂的原料，原料来源广泛，成本低廉，以废固废，固化后的淤泥可作为工程土循环使用，可实现资源化利用。
12.（5）与传统的双组分地质聚合物固化剂相比，单组分地质聚合物淤泥固化剂由硅铝原材料和固体碱机械球磨制成一种单组分的固态混合物，可直接加入至淤泥中搅拌均匀即可。这种不需要高温煅烧、减少碳排放，节约能源，且性能稳定性、安全的地质聚合物固化剂更具有工业化推广前景和市场。
具体实施方式
13.为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
14.实施例1本实施例提供一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，组成如下：镍渣85%，激发剂15%。其中镍渣为原状水淬镍渣，激发剂为无水硅酸钠。
15.本实施例的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂制备方法，包括以下步骤：将工业固废高速球磨1h，再投入无水硅酸钠低速球磨0.5h，制得单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。
16.将本配比的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂添加于含水率40%~50%的淤泥中，淤泥与固化剂的质量比为1:0.15，搅拌均匀，在养护7、28d的无侧限抗压强度为216.77kpa、331.97kpa。
17.实施例2本实施例提供一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，组
成如下：镍渣61%，石粉26%，激发剂13%。其中镍渣为原状水淬镍渣，石粉为花岗岩石粉，激发剂为无水硅酸钠。
18.本实施例的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂制备方法，包括以下步骤：将工业固废高速球磨2h，再投入无水硅酸钠低速球磨0.5h，制得单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。
19.将本配比的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂添加于含水率40%~50%的淤泥中，淤泥与固化剂的质量比为1:0.15，搅拌均匀，在养护7、28d的无侧限抗压强度为212.35kpa、306.15kpa。
20.实施例3本实施例提供一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，组成如下：镍渣61%，粉煤灰26%，激发剂13%。其中镍渣为原状水淬镍渣，粉煤灰为一级粉煤灰，激发剂为无水硅酸钠。
21.本实施例的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂制备方法，包括以下步骤：将工业固废高速球磨1h，再投入无水硅酸钠低速球磨0.5h，制得单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。
22.将本配比的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂添加于含水率40%~50%的淤泥中，淤泥与固化剂的质量比为1:0.15，搅拌均匀，在养护7、28d的无侧限抗压强度为286.61kpa、460.03kpa。
23.实施例4本实施例提供一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，组成如下：镍渣61%，矿渣13%，粉煤灰13%，激发剂13%。其中镍渣为原状水淬镍渣，矿渣为原状高炉矿渣，粉煤灰为一级粉煤灰，激发剂为无水硅酸钠。
24.本实施例的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂制备方法，包括以下步骤：将工业固废高速球磨2h，再投入无水硅酸钠低速球磨0.5h，制得单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。
25.将本配比的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂添加于含水率40%~50%的淤泥中，淤泥与固化剂的质量比为1:0.15，搅拌均匀，在养护7、28d的无侧限抗压强度为377.63kpa、463.64kpa。
26.实施例5本实施例提供一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，组成如下：镍渣61%，矿渣13%，粉煤灰13%，激发剂13%。其中镍渣为原状水淬镍渣，矿渣为原状高炉矿渣，粉煤灰为一级粉煤灰，激发剂为无水硅酸钠和无水碳酸钠复掺。
27.本实施例的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂制备方法，包括以下步骤：将工业固废高速球磨2h，再投入无水硅酸钠低速球磨0.5h，制得单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。
28.将本配比的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂添加于含水率40%~50%的淤泥中，淤泥与固化剂的质量比为1:0.15，搅拌均匀，在养护7、28d的无侧限抗压强度为373.13kpa、400.21kpa。
29.实施例6
本实施例提供一种以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，组成如下：镍渣52%，矿渣35%，激发剂13%。其中镍渣为镍渣为原状水淬镍渣，矿渣为原状高炉矿渣，激发剂为无水硅酸钠。
30.本实施例的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂制备方法，包括以下步骤：将工业固废高速球磨1h，再投入无水硅酸钠低速球磨0.5h，制得单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂。
31.将本配比的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂添加于含水率40%~50%的淤泥中，淤泥与固化剂的质量比为1:0.15，搅拌均匀，在养护7、28d的无侧限抗压强度为280.79kpa、2045.43kpa。
32.本发明以镍渣为主要原料的单组分镍渣基地质聚合物淤泥固化剂，不仅可代替传统的水泥基固化剂使用，减少二氧化碳排放量、降低温室效应，而且还有效解决了目前镍渣、粉煤灰、矿渣、石粉等工业固废回收利用率不高的现状。经过固化处理后的淤泥，工程性质明显改善，基本满足路基路面工程回填土、江河堤坝填筑材料、假山填筑材料等要求，且无重金属浸出现象。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。