废弃淤泥改良后作为工程填料的新途径研究

2013-12-15张铁军高惟炜

黑龙江交通科技 2013年12期

张铁军，高惟炜，吉锋

(1.中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院;2.东南大学交通学院岩土工程研究所)

1 引言

随着我国经济的迅速发展，道路工程、河道工程等建设项目的增加，产生了大量的废弃淤泥，据不完全统计，我国每年废弃的淤泥达到1 亿m3以上;仅江苏地区公路、市政等投资建设过程中就产生了大量的难以直接利用的淤泥，而产生的这些废弃淤泥具有高含水率、高液限、高压缩性、高粘粒含量、排水性差、低强度等特性，导致它不能直接应用于工程填料，是工程上难以直接利用的一种特殊土，而往往作废弃处理，造成了资源的浪费和环境危害，同时在废弃的过程中需要征收大量土地作为堆场进行堆放，而目前在经济发达地区，土地资源尤为宝贵，废弃过程中的征地从很大程度上增加了工程投资。

目前在大多数工程建设中，例如公路建设、市政工程、河堤的培土加固、各种园区建设的场区道路都需要大量的优质填土材料，而这些填土材料往往需要远距离购买，无形中增加了工程投资，而且现在土地资源越来越宝贵，获取优质路基填土材料的难度持续增加，因此研究工程中产生的废弃淤泥的填料化改良成为一种良好的选择，这项技术也是工程界普遍关心的一个热点问题，这样既可以减少淤泥抛弃带来的问题，也可以解决目前道路等工程建设缺少优质填土材料的问题，可以达到变废为宝、节省土地资源、减少工程造价、缩短工期的目的，这也符合项目建设的生态环保理念。

2 国内外废弃淤泥处理的现状

2.1 物理处理方法

目前在国内工程中为了降低废弃淤泥含水率最为直接的方法就是自然晾晒，该方法是最简，也经常被采用，国内有许多堆场的淤泥场就是采用自然晾晒的方法，该方法从某种程度上利用了一部分废弃的淤泥，但是自然晾晒的方法有明显的缺陷:一是晾晒降低含水量需要较长的时间，且易受天气的影响，一般实施较为困难。二是需要征收一些土地给其晾晒，增加工程投资，三是晾晒效率较低，因此该自然晾晒的方法只能处理少量的废弃淤泥，对于大面积的处理废弃淤泥效果并不理想，往往还是选择废弃处理，造成了环境的危害和资源浪费，增加了废弃成本和征地成本，导致工程投资的增加。

2.2 热处理方法

热处理方法是通过加热、烧结的方法将淤泥转化为建筑材料的方法。目前在国内也经常被采用，在国内大量工程中产生的淤泥运输到相应的厂家进行成品化制作，例如将其烧成砖或者其它建筑材料，这一方法的优点是成品具有很强的附加价值，但其处理能力有限，还需要固定式的工厂进行加工处理，淤泥等废弃土还需要远距离的运输，在很多道路工程中是很难实现的，而且该方法并不能将废弃淤泥改良后作为工程填料使用，存在一定的缺陷。

2.3 化学固化处理方法

目前有关废弃淤泥的改良主要是化学固化方面的研究，在国内外也最为常见，通过在淤泥中添加一定剂量的水泥、石灰等固化材料，再进行搅拌混合，通过孔隙水与固化材料发生水合反应使孔隙内的自由水变为结合水，提高固化土的强度。该化学固化处理方法主要是关注废弃淤泥处理后的强度特性。

2.4 目前废弃淤泥处理方法存在不足之处

(1)采用自然晾晒的物理处理方式处理效率较低，容易受到自然气候等外在条件的影响，在工程建设过程中需要再次征地进行晾晒，增加工程造价，该方法处理的量有限，在实际工程应用中无法大面积采用，目前工程中产生的废弃淤泥还是作为废弃物进行抛弃处理。

(2)热处理方式处理效率较低，需要专门的生产厂或者需要将废弃淤泥运到厂家进行再次生产，不适合大批量的废弃淤泥处理，而且生产的产品并不能作为工程填料使用，往往是作为建筑材料使用，因此在实际工程中该方法应用较少。

(3)化学固化处理方法在废弃淤泥的再生利用方面有比较好的效果，但是固化处理技术更多的是关注固化土强度特性和成型效果，一旦固化成型后强度随着龄期的增加将迅速增加，成块状，难以直接作为工程填料使用，同时化学固化处理还需要专用的施工设备和搅拌技术，这样的要求大大的限制了废弃淤泥固化处理技术在我国工程上的广泛应用。

2.5 高含水量淤泥处理新途径的探讨

作为工程填料使用时，根据相关规范要求，有时强度并不需要太高，例如《公路路基设计规范》(JTGD30－2004)中对于路基填料的主要控制指标是CBR 和压实度，从规范中可以看出，对路基填料的CBR 的要求并不算高，工程建设过程中关注更多的是路基填料的压实度，从这个角度出发，针对工程建设过程中产生的废弃淤泥再生利用，首先需要研究改良后的废弃淤泥要能够进行压实。

对道路工程中产生的废弃淤泥进行了试验研究，本次试验淤泥主要取于相关道路工程的废弃淤泥，试样具有高含水率、高压缩性、低强度等特点，通过试验测试了淤泥的现状物理力学参数，并通过掺入相关改性剂进行处理，从试验角度实现了淤泥改良后作为路基填料的可能性，并通过相关试验测试了改良后淤泥的物理特性。

本次掺入的改良剂A 的掺量见表2。

表1 工程中取样淤泥的现状物理参数

表2 改良剂A 的试验方案

掺入改良剂A 后，对改良后废弃淤泥的物理力学性质进行了相关试验，主要研究改良后废弃淤泥的含水量、液塑限，通过试验发现，改良后废弃淤泥的物理性质发生了根本性变化，具体如图1 所示。

图1 废弃淤泥改良前后塑性图

从图1 可以明显看出，改良前废弃淤泥属于高液限软粘土，改良后，废弃淤泥的液塑限明显降低，特别是塑性指数得到大幅度降低，工程性质得到了改良，逐渐由起初的胶结状态变为了一种松散状态的土，这种松散土比较适合道路工程，容易碾压，强度也不需要太高，通过本次试验实现了废弃淤泥的松散化处理，为废弃淤泥改良后作为道路工程填料的进一步研究奠定了基础。

而且通过试验发现，改良后的废弃淤泥松散化后，含水量也大幅度降低，使这种改良后废弃淤泥容易压实且达到最佳压实效果成为可能，改良后松散土的含水量如表2。

表2 改良后废弃淤泥含水量随龄期变化关系

图2 改良后废弃淤泥含水量随龄期变化关系

从表2 和图2 中可以明显看出，随着改良剂A 掺量的增加，改良后松散土的含水量逐渐降低，同时松散土的含水量降低受到龄期的影响显著，随着龄期的增加，含水量有较大幅度的降低。从图2 中可以看出，在龄期3 d 之前，含水量降低幅度较大，之后随着龄期的增加，松散土含水量的降低幅度逐渐变缓，可见改良剂A 对废弃淤泥的前期改良效果较为明显，这为工程应用提供了良好的前提条件。