浅谈水泥固化在工程淤泥处理中的应用
2020-06-09乔庆浩吴惠贤方政赵坤
乔庆浩 吴惠贤 方政 赵坤
摘要：本文提出采用水泥固化淤泥的处理方式解决工程中出现的淤泥存在的缺陷，介绍了物理、高温溶解和化学三种固化方法，阐述了水泥固化的化学机理，并提出复合掺加粉煤灰、硅灰、矿渣粉、石灰等代替部分水泥来改善固化土的性质。
关键词：水泥固化;淤泥;作用机理
1 前言
在工程建设过程中，包括平整场地、基坑围护以及土方回填等阶段，如果遇到淤泥则会成为十分棘手的问题。这是因为淤泥自身存在含水率高、压缩性大、强度低等缺陷，导致其不能直接用作工程支护和回填用土[1]，目前最常采用的处理方式有挖运至相应场地堆积，但这也造成了占用土地资源和影响环境等问题。
目前，随着国家对环保要求的日益提高，如果能够对工程中出现的淤泥进行固化处理，使其满足工程填土要求，这不仅实现了废弃资源的再次利用，而且减小了淤泥占用土地资源等对环境造成的不利影响。
2 固化处理方法
淤泥固化处理是指通过一些物理化学等方式，使得淤泥的物化性质和力学性能得到改善，使固化土具备一定的承载力，满足工程用土的要求[2]。目前固化淤泥处理技术主要包括物理、高温溶解和化学三类[3]。
2.1 物理脱水固化
物理脱水固化指通过晾晒蒸发或机械作用去掉淤泥中多余的水分。但晾晒占用大量的场地，天气情况影响固化处理的效果，机械脱水设备的价格较高，效率较低。
2.2 高温熔解烧结
高温溶解烧结是将淤泥高温煅烧、脫水，使得分解有机物后的土体颗粒间产生有效的粘合，熔解无机成分后的土体颗粒具备一定的强度[4]。该处理方式需在特定的工厂内进行，设备投入大，且需将淤泥运输到工厂也带来了成本的增加。
2.3 化学固化
化学固化是将具有胶凝作用的材料加入淤泥，充分搅拌使之与淤泥中含有的大量水分发生化学反应。反应生成的大量的胶结物质，依附于土体颗粒表面，填充于颗粒之间的空隙，使土体结构更为密实，从而增加了固化土的稳定性以及强度。化学固化的优点有：操作简单，固化材料凝结硬化速度较快，使得土壤回填的工期缩短，压缩了施工成本;同时具备大规模固化淤泥的条件。此外，若复合掺加粉煤灰、硅灰、矿渣等工业废料替换主要固化材料，可降低处理成本，同时通过对工业废料的二次利用，带来了一定的环境效益。
3 水泥固化机理
固化材料的种类及用量都会对固化淤泥的效果产生影响，其中水泥是最为常用的固化胶凝材料，普遍运用于淤泥的固化处理当中。大量研究表明，水泥固化可有效降低淤泥的含水率，减小土体颗粒的空隙和可压缩性，增大粘聚力和抗剪强度。
水泥固化淤泥属于化学固化的一种，主要分为水化和凝结两个过程，水泥添加量较大时可能还存在硬化过程[5]。水泥中的氧化钙和二氧化硅等，与淤泥中的水发生水化反应，生成Ca（OH） 2和水化硅酸钙等水化产物。随着水化反应的继续，所形成的水化硅酸钙等与淤泥中的颗粒物相互交织凝结，改变和重组了土体颗粒的排列方式和结构，导致淤泥失去流动性，发生硬凝反应和团粒化作用等，持续增加固化土的强度。
水泥水化产物是固化土强度最主要的来源[6]，起到了骨架支撑作用。还可以通过掺加粉煤灰、硅灰、矿渣粉等的辅助固化胶凝材料，进一步改善固化土的强度等特征。而Ca（OH） 2参与了离子吸附交换和团粒化作用，使得土体颗粒之间形成了稳定的团粒结构，对水化产物的骨架起到了填充、粘连作用[7]，从而增加了固化土的稳定性和强度。
4 总结
4.1 通过水泥固化的处理，降低了淤泥的含水率，增强了其强度、改善了其稳定性，使得其结构更为密实，有效改善了淤泥的诸多缺陷，使得固化土满足工程回填土的要求;
4.2 为了进一步改善固化土的性能，还可以复合掺加诸如粉煤灰、硅灰、矿渣粉、石灰等胶凝材料代替部分水泥来改善固化土的性质，不仅可以缩短淤泥固化的时间，提高固化土早期强度，增加固化淤泥的耐久性，还使得工业废料资源得到再利用。
参考文献：
[1]朱伟，刘汉龙，高玉峰.工程废弃土的再生资源利用技术[J]. 再生资源研究， 2001（06）： 32-35.
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[3]季冰，肖许沐，黎忠.疏浚淤泥的固化处理技术与资源化利用[J]. 安全与环境工程，2010， 17（02）： 54-56.
[4]赵庆祥.污泥资源化技术[M]. 北京：化学工业出版社， 2002.
[5]李木桂，张培进.水泥固化淤泥用作路基填料的不利影响分析[J].广州环境科学，2018，33（02）： 23-27.
[6]程福周，雷学文，孟庆山，李享，王帅.水泥及其外加剂固化淤泥的试验研究[J]. 建筑科学，2014，30（09）：51-55.
[7]蒲凡，詹树林，赖俊英.NaOH对固化海涂淤泥强度和变形特性的影响研究[J].新型建筑材料， 2011， （5）： 9-12.
