1.一种脱水疏浚淤泥固化土冲压成型装配式路基,其特征在于,按如下方法制作而成:
(1)疏浚淤泥的脱水、固化和矿化处置
采用泥水分离技术对各类水体中清淤所得高含水率疏浚淤泥进行脱水处理,获得初步脱水的半流态疏浚淤泥;然后通过生石灰的消解反应对初步脱水的半流态疏浚淤泥进行堆填焖灰处理,在生石灰消解反应完成之后,掺入氧化铁搅拌均匀,得到初步固化的脱水淤泥;将初步固化的脱水淤泥进料至高压反应罐中,注入CO2气体,在搅拌下进行矿化反应,得到固化淤泥;
其中,生石灰的消解反应式为:CaO+H2O=Ca(OH)2;在生石灰消解反应之后且在矿化反应之前掺入氧化铁,氧化铁粉末水解为游离氧化铁附着于土颗粒表面,而Ca(OH)2胶体颗粒吸附于游离氧化铁表面;游离氧化铁比表面积大、吸附力强,在负载Ca(OH)2胶体颗粒后,增强Ca(OH)2与CO2的矿化反应能力,反应速度与效率提升3倍及以上,起到催化矿化反应的作用;
(2)冲压成型
将步骤(1)所得固化淤泥填入模具中,采用与模具平面尺寸完全一致的重锤,从设计高度自由落下,反复冲击,将模具内的固化淤泥压制形成装配式路基标准构件;预制的路基标准构件呈现榫卯结构特征,用以进行现场拼接施工;
基于土中水分挤出、游离氧化铁形成高分散体系及其在土颗粒表面沉积、包裹和连接相邻颗粒的渐进性规律,设最大落锤高度为Hmax,冲压工艺设计如下:冲压次数5次,第1、2、
3、4、5次冲击的落锤高度分别为Hmax、3Hmax/4、Hmax/2、Hmax/4、Hmax/8;通过强度逐步减小的冲压作用,使土中水逐步排出,使土中游离氧化铁逐步扩散,形成比表面积大和吸附力强高分散系;同时,在冲压过程中产生的高温高压能够促进游离氧化铁在土颗粒表面沉积、包裹以及连接相邻颗粒,提高界面胶结强度,进而提升疏浚淤泥固化土的坚固性和耐久性。
2.如权利要求1所述的脱水疏浚淤泥固化土冲压成型装配式路基,其特征在于,制作方法步骤(1)中,泥水分离技术为:离心、板框压滤、堆场真空预压或添加絮凝剂的方法,经脱水处理后,高含水率疏浚淤泥的含水率降至40%及以下,获得初步脱水的半流态疏浚淤泥。
3.如权利要求1所述的脱水疏浚淤泥固化土冲压成型装配式路基,其特征在于,制作方
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法步骤(1)中,初步脱水的半流态疏浚淤泥进行堆填焖灰处理时,每堆5.0m,采用生石灰作为土壤固化剂,在每堆初步脱水的半流态疏浚淤泥中掺入生石灰,用强制搅拌机拌和均匀,盖上盖子堆填焖料,每隔2h翻堆一次,24h后完成分堆固化;
基于生石灰和初步脱水的半流态疏浚淤泥的总质量,生石灰的掺量为5~8wt%;通过堆填焖灰处理工艺,初步脱水的半流态疏浚淤泥的含水率降至20%及以下。
4.如权利要求1所述的脱水疏浚淤泥固化土冲压成型装配式路基,其特征在于,制作方法步骤(1)中,在生石灰消解反应完成之后,再掺入氧化铁粉末,强制搅拌均匀,得到初步固化的脱水淤泥;氧化铁在初步固化的脱水淤泥中的掺量为2~3wt%。
5.如权利要求1所述的脱水疏浚淤泥固化土冲压成型装配式路基,其特征在于,制作方法步骤(1)中,采用传送带将初步固化的脱水淤泥分批次通过顶部进料口传送至高度5m、半径3m的高压反应罐中,之后关闭进料口,打开排气通道,利用真空泵排空反应罐中空气,接着关闭排气通道,打开进气通道,注入CO2气体,当反应罐内气压达到2MPa时关闭进气通道;
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反应罐中设有搅拌装置,开启搅拌装置,转速150~200r·min ,使得初步固化的脱水淤泥中Ca(OH)2与CO2在常温下发生充分的矿化反应,生成强胶结作用的CaCO3,反应2h停止,而后通过底部的出料口排出固化淤泥。
6.如权利要求1所述的脱水疏浚淤泥固化土冲压成型装配式路基,其特征在于,制作方法步骤(2)中,模具设计过程如下:制作钢模具,要求模具内表面平整、接缝严密;模具宽度
2.75~3m,长度为宽度2倍,厚度60~80cm;在模具四周钢板上,每边设置一排排水孔,孔径
30mm,间距500mm;
按照现场拼装要求,模具分为如下几类:第一类为中间构件模具,在宽度和长度的两边均匀布设凹卯或凸榫;凹卯或凸榫的平面形状为半椭圆,垂直长或宽方向的短轴15cm、长轴
30cm;第二类为边缘构件模具,在宽度和长度的一侧设计为凹卯或凸榫;相邻构件的凸榫与凹卯可无缝拼接和嵌挤咬合,从而传递荷载并保持整体稳定性,并防止局部出现应力集中而致砌块开裂损坏。
7.如权利要求1所述的脱水疏浚淤泥固化土冲压成型装配式路基,其特征在于,制作方法步骤(2)中,重锤质量5~10kg,重锤自由落体高度Hmax=1~2m,冲压次数5次。