疏浚泥專用固化劑及固化體配比研究

韓建軍(1.上海市建筑科學(xué)研究院，上海 200032；2.上海工業(yè)固體廢棄物資源化利用工程技術(shù)研究中心，上海200032)

基于洋山港疏浚泥的特性，采用水泥、高性能礦物摻合料、脫硫石膏復(fù)配作為固化劑，研究洋山疏浚泥的專用固化劑配方，在此基礎(chǔ)上嘗試摻加再生粗集料，提高固化體攪拌性能，形成多種固廢得到同步資源化利用的疏浚泥固化技術(shù)。

1 原材料

1.1 水 泥

水泥采用上海崛榮 P·O 42.5 普通水泥，其化學(xué)成分和物理性能見表1。

表1 水泥的物理性能

1.2 高性能礦物摻合料

用高爐礦渣和激發(fā)劑自行粉磨，化學(xué)成分和物理性能如表2 和表3 所示。

表2 高性能礦物摻合料的化學(xué)成分 %

表3 高性能礦物摻合料的物理性能

1.3 脫硫建筑石膏

采用外高橋電廠生產(chǎn)的脫硫建筑石膏，物化性能見表4。

表4 脫硫建筑石膏的物化性能

1.4 再生集料

采用 5～25 mm 連續(xù)級配的再生粗集料，物理性能如表5 所示。

表5 再生集料的物化性能

1.5 疏浚泥

取自洋山港區(qū)的航道疏浚工程，其化學(xué)成分和土工性能分別見表6 和表7，粒徑分布如圖1所示。

表6 洋山疏浚泥的化學(xué)成分 %

表7 洋山疏浚泥的土工性能

圖1 疏浚泥的粒徑分布圖

該疏浚泥為低液限黏土，粒徑分布在 0.0016～0.075mm 的顆粒占 91.4%，為細(xì)粒土。

2 礦物摻合料比例對固化劑固化效果的影響

取原狀疏浚泥，固定“水泥+礦物摻合料”復(fù)配固化劑的摻量為 20%，調(diào)整固化劑中水泥與高性能礦物摻合料的相對比例分別為 100:0、80:20、60:40、50:50、40:60、20:80、10:90，測試疏浚泥固化體的7d、28d 抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表8 和圖2所示。

表8 “水泥 + 礦物摻合料”固化疏浚泥的試驗(yàn)

圖2 復(fù)配固化劑固化疏浚泥試件的室內(nèi)抗壓強(qiáng)度

當(dāng)固定“水泥+礦物摻合料”固化劑在洋山疏浚泥中摻量為 20% 時(shí)，隨著固化劑中礦物摻合料的摻量的增加，固化疏浚泥的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢。礦物摻合料摻量在 20%～80% 區(qū)間時(shí)，固化疏浚泥的抗壓強(qiáng)度均高于純水泥固化疏浚泥。礦物摻合料摻量在 40%～60% 之間時(shí)，固化疏浚泥的抗壓強(qiáng)度較高，可達(dá)到15MPa 以上，比純水泥固化疏浚泥的強(qiáng)度提高 18%～36%，滿足水利護(hù)坡砌體的強(qiáng)度要求。

研究結(jié)果表明：一定的礦物摻合料配制固化劑，可以提高疏浚泥固化效果，但由于礦物摻合料本身活性被激發(fā)需要一定的條件，當(dāng)水泥用量過少時(shí)，礦物摻合料的活性不能得到發(fā)揮。因此礦物摻合料摻量過大，固化疏浚泥的強(qiáng)度反而下降。

3 脫硫石膏改性對固化劑固化效果的影響

優(yōu)選固化效果較優(yōu)的“水泥+礦物摻合料”固化劑，加入脫硫石膏取代摻合料，對固化劑進(jìn)行改性激發(fā)，進(jìn)一步提高固化劑對疏浚泥的固化效果。通過測試疏浚泥固化體的7d、28d 抗壓強(qiáng)度，確定石膏激發(fā)劑最佳比例，優(yōu)化固化劑配比。摻脫硫石膏改性固化劑的試驗(yàn)配合比和試驗(yàn)結(jié)果如表9 和圖3所示。

表9 “水泥+礦物摻合料+脫硫石膏”固化疏浚泥的試驗(yàn)結(jié)果

圖3 石膏對固化劑固化效果的影響

當(dāng)?shù)V物摻合料的比例較高時(shí)(70%)，摻加 4%、8%的脫硫石膏等量取代礦物摻合料，可使固化土強(qiáng)度提高7.8%～33%，但固化疏浚泥的整體強(qiáng)度偏低；當(dāng)?shù)V物摻合料的比例較低時(shí)(50%～60%)，摻加 4%、8% 的脫硫石膏等量取代高性能礦物摻合料，疏浚泥固化體強(qiáng)度提高雖不明顯，但固化疏浚泥整體強(qiáng)度較高。研究結(jié)果表明：礦物摻合料只有在合適比例的水泥和石膏復(fù)合激發(fā)下，才能取得良好的效果。水泥和礦物摻合料的復(fù)配比例為 50 : 50 時(shí)，摻加一定比例的脫硫石膏，固化體固化效果相對較優(yōu)。

4 再生粗集料對疏浚泥固化體性能的影響

由于疏浚泥的黏性大，易附著在攪拌機(jī)葉片上，難以攪拌均勻，摻加一定量的粗集料(10%～30%)，使拌合物易于攪拌、改善成型質(zhì)量，提高強(qiáng)度。這里選用廢舊混凝土再生集料(5～25 mm 連續(xù)級配)按 10%、20% 和 30% 的比例體積法取代原狀疏浚泥，測試固化體不同齡期的抗壓強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化疏浚泥固化體配比。再生粗集料對疏浚泥固化體強(qiáng)度影響的試驗(yàn)配合比和試驗(yàn)結(jié)果如表10 和圖4所示。

表10 摻加再生粗集料對固化疏浚泥強(qiáng)度的影響

圖4 不同摻量再生粗集料對固化體強(qiáng)度的影響

隨著再生粗集料摻量的提高，疏浚泥固化體黏度下降，攪拌均勻性和成型質(zhì)量顯著提升，并且固化疏浚泥試件抗壓強(qiáng)度也不斷提高。再生集料摻量(體積比)每提高 10%，固化試件強(qiáng)度相應(yīng)提高約 12%～17%。摻加再生粗集料的疏浚

5 結(jié) 語

泥固化體的后期強(qiáng)度增長也較為明顯，180d 強(qiáng)度最高可達(dá)20 MPa 以上。

成型疏浚泥固化試件中可摻加 20%～30% 的粗集料，雖然疏浚泥的摻量下降為 53%～63%，但可實(shí)現(xiàn)再生集料和疏浚泥兩種固廢的資源化利用。

(1) 采用水泥和高性能礦物摻合料復(fù)配固化劑對疏浚泥進(jìn)行固化，效果優(yōu)于純水泥固化劑，高性能礦物摻合料的摻加有助于疏浚泥固化體抗壓強(qiáng)度的提高。

(2)采用脫硫石膏對“水泥+高性能礦物摻合料”固化劑進(jìn)行改性，可進(jìn)一步提升對疏浚泥的固化效果，當(dāng)固化劑在疏浚泥中摻量 20%、固化劑中高性能礦物摻合料的比例為40%～60%、脫硫石膏摻量為 4% 時(shí)，疏浚泥固化試件的強(qiáng)度達(dá) 15MPa 以上，滿足制作水利護(hù)坡砌體的強(qiáng)度要求。

(3)摻加 20%～30% 的再生粗集料有利于疏浚泥固化試件的攪拌均勻，同時(shí)疏浚泥固化試件抗壓強(qiáng)度也有所提高，可實(shí)現(xiàn)建筑垃圾和疏浚泥的同步資源化利用。