基于生物能源副产品木质素的土体稳定性加固剂

摘要

基于生物能源副产品木质素的土体稳定性加固剂包括两种生物能源副产品用于土体加固的新方法，包括两种副产品的种类及成分，该加固剂为木质素生物燃料副产品，该副产品包括7.84-8.69％的木质素和28.34-32.17％的固含物，其余为水，pH值为11.8-12.6。所述的木质素生物燃料副产品为造纸厂直接排放的“黑液”。所述的木质素生物燃料副产品呈粉末状，包括6.35-6.75％的木质素、46.32-48.01％半纤维素、20.45-21.94％纤维素和淀粉。所述的木质素生物燃料副产品还可为采用玉米生产乙醇的加工厂产生的固体废弃物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于生物能源副产品木质素(Lignin)加固土体的新型加固剂配方，属于岩土工程地基处理领域中一种地基加固方法。

背景技术

随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用，是当代经济与社会发展的重大课题，也是对当代科学技术提出的新要求。在可持续性发展的背景下，生物燃料的生产和使用日益增加。基于植物生物能的生物燃料生产不仅产生生物燃料或乙醇，而且也随之产生了包括木质素、改善的木质素和木质素衍生物的副产品。在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。例如，制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95％的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。

木质素是由四种醇单体(对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。木质素是一种含许多负电集团的多环高分子有机物，对土壤中的高价金属离子有较强的亲和力。化石能源的日益枯竭、木质素的丰富储量、木质素科学的飞速发展决定木质素的经济效益的可持续发展性。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂，木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。

本发明通过在不同土体中添加两种生物能源副产品，一种为A造纸厂直接排放的“黑液”，另一种为B基于玉米生产乙醇的加工厂产生的固体废弃物。本发明公布了两种生物燃料副产品的利用，在路面土加固中，作为一种新的应用领域。室内试验研究表明，添加生物燃料副产品后的土体强度与未处理土的和传统的粉煤灰处理强度具有明显的提高。而且加固后的地基具有更好的承载性能、耐久性能、减震

性能、抗冲击性能、防渗性能与抗腐蚀性能。除此之外，在土体中添加生物能源副产品，即可节约用于加固处理软粘土的传统加固剂用量，减少地基处理造价，又可以大量消耗“黑液”与固体废弃物，减少环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于生物能源副产品木质素的土体稳定性加固剂，这种新型加固剂使得造纸厂排放的“黑液”与乙醇厂产生的固体废弃物变废为宝，解决了环境污染问题。

技术方案：本发明的基于生物能源副产品木质素的土体稳定性加固剂为2种木质素生物燃料副产品，副产品A包括7.84-8.69％的木质素和28.34-32.17％的固含物，其余为水，pH值为11.8-12.6。

副产品B呈粉末状，包括6.35-6.75％的木质素、46.32-48.01％半纤维素、20.45-21.94％纤维素和淀粉。

所述的2种木质素生物燃料副产品为造纸厂直接排放的“黑液”或为采用玉米生产乙醇的加工厂产生的固体废弃物。

本发明所采用的土为2种，一种为取自连云港地区的海相粘土，另一种为取自南通地区的粉土，两种土的基本物理指标如表1所示。

表1试验土样的基本物理指标

本发明的基于生物能源副产品木质素的土体稳定性加固剂为木质素生物燃料副产品，该副产品包括7.84-8.69％的木质素和28.34-32.17％的固含物，其余为水，pH值为11.8-12.6。木质素生物燃料副产品为造纸厂直接排放的“黑液”。

所述的木质素生物燃料副产品呈粉末状，包括6.35-6.75％的木质素、46.32-48.01％半纤维素、20.45-21.94％纤维素和淀粉。木质素生物燃料副产品还可为采用玉米生产乙醇的加工厂产生的固体废弃物。

有益效果：这种经过生物燃料副产品加固后的土体强度与未处理土强度相比，强度得到明显提高(平均提高22％)，与传统的粉煤灰加固土体强度相比，强度比较接近。副产品A在处理含水量低的粉土更加有效，而副产品B在含水量高的海相粘土中处理效果更加明显。生物燃料副产品处理土的无侧限抗压强度(UCS)随着副产品含量和龄期的增加而增加，8％副产品A处理的土强度是最高的，12％副产品B处理的土强度是最高的。经过生物燃料副产品加固后的地基强度可以通过调节副产品的用量来实现，与传统的添加剂加固土相比，该地基具有更高的耐久性能、减震性能、抗冲击性能、防渗性能与抗腐蚀性能。除此之外，在土体中添加生物能源副产品，大量消耗造纸厂“黑液”与乙醇生产的废弃物，解决了环境污染等问题。

具体实施方式

本发明所述的2种木质素生物燃料副产品为副产品A和B。来自于位于河南漯河银鸽造纸厂，副产品A为黑褐色，粘稠状可以自由流动的液体。经过化学分析可知，副产品A包括7.84-8.69％的木质素和28.34-32.17％的固含物，其余为水，pH值为11.8-12.6。

副产品B，来自于江苏的基于玉米加工的乙醇工厂，副产品B呈粉末状的，经过化学分析可知，包括6.35-6.75％的木质素、46.32-48.01％半纤维素、20.45-21.94％纤维素和淀粉。

常规的土体加固剂分别采用粉煤灰和生石灰。

采用无侧限抗压强度(UCS)试验进行评价生物能源副产品加固效果，土样制备采用圆柱形模子(直径50mm，高度100mm)。对原状软粘土进行烘干，捣碎，研磨，得到干土粉。土颗粒尺寸可以通过4#(4.75mm)筛。需要的含水量和计算的添加剂通过干土的重量得出。试块成型后在20℃下养护24h脱模，放入标准养护室养护。

为了比较目的，对UCS试验方案分为四类：(1)未处理土样(控制试验)；(2)采用副产品A处理的土样(南通粉土)；(3)采用副产品B处理的土样(连云港海相粘土)；(4)采用粉煤灰处理的土样(南通粉土和连云港海相粘土)；(5)采用生石灰处理的土样(南通粉土和连云港海相粘土)；表2给出了本项研究中由UCS试验评价的主要的试验方案。对每一种添加剂在不同的含量下在研究他们的加固效果。添加剂A和B含量为5％，8％，12％，15％对干土重。粉煤灰和生石灰含量为5％，8％，12％对干土重。未处理土没有添加任何添加剂，也进行了UCS试验。

表2试验方案

％表示的是添加剂与干土的重量比

相似地，试验考虑了含水量和龄期的影响。对土样的含水量取未处理土的最优含水量(OMC)。龄期主要为7天和28天。

在连云港海相粘土中掺入副产品B，其中副产品B掺入比(掺加的副产品B质量/被拌合土质量)为12～15％。在南通粉土中掺入副产品A，其中副产品A掺入比(掺加的副产品A质量/被拌合土质量)为5～8％。

这种经过生物燃料副产品加固后的土体强度与未处理土强度相比，强度得到明显提高(平均提高22％)，与传统的粉煤灰与石灰加固土体强度相比，强度比较接近。副产品A在处理含水量低的粉土更加有效，而副产品B在含水量高的海相粘土中处理效果更加明显。生物燃料副产品处理土的无侧限抗压强度(UCS)随着副产品含量和龄期的增加而增加，8％副产品A处理的土强度是最高的，12％副产品B处理的土强度是最高的。经过生物燃料副产品加固后的地基强度可以通过调节副产品的用量来实现，与传统的添加剂加固土相比，该地基具有更高的耐久性能、减震性能、抗冲击性能、防渗性能与抗腐蚀性能。除此之外，在土体中添加生物能源副产品，大量消耗造纸厂“黑液”与乙醇生产的废弃物，解决了环境污染等问题。