沈夏磊

廈門市建安集團(tuán)有限公司 福建 廈門 361000

陰離子聚丙烯酰胺（簡稱APAM）具有較大的相對分子質(zhì)量，其較長的分子鏈能有效吸附泥漿顆粒，表現(xiàn)出良好的絮凝性和黏合性，能達(dá)到較好的泥水分離效果，實(shí)現(xiàn)泥漿的固化，可作為建筑泥漿處理的絮凝劑。研究發(fā)現(xiàn)，采用含有陰離子型聚丙烯酰胺成分的復(fù)合添加劑，還能有效濾除紅土地區(qū)泥漿中含有的少量鉛、鎘等有害物質(zhì)，達(dá)到“零排放、零污染、省成本”的優(yōu)質(zhì)成效。本文通過絮凝劑的使用，驗(yàn)證各個(gè)因素對福建地區(qū)建筑泥漿的最佳絮凝條件，使其達(dá)到較好的泥水分離效果，以追求最大的社會效益及工程經(jīng)濟(jì)[1-2]。

1 工程概況

廈門市集美區(qū)某樁基工程，共有930根大直徑?jīng)_（鉆）孔混凝土灌注工程樁、261根沖（鉆）孔混凝土灌注支護(hù)樁，據(jù)估算，在灌注樁成孔過程中約產(chǎn)生80 000 m3的廢棄泥漿。

在日常的建筑施工中，廢棄泥漿常采用車輛外運(yùn)或就地晾曬等常規(guī)的辦法處理，存在處理效率低、拖延工期、消耗成本高等問題，施工過程也容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，導(dǎo)致巨大的社會、經(jīng)濟(jì)效益損耗。

為減少施工中產(chǎn)生的工業(yè)廢土、廢水，減少對環(huán)境的污染和成本的損耗，提高泥漿處理效率，本工程創(chuàng)新使用了含有陰離子型聚丙烯酰胺成分的復(fù)合添加劑對泥漿進(jìn)行綠色處理，可達(dá)到減輕環(huán)境污染和成本損耗的積極效果。

2 工程土質(zhì)特點(diǎn)及適應(yīng)性

建筑泥漿性質(zhì)取決于施工現(xiàn)場的土質(zhì)情況。中國長江以南的低山丘陵地帶以紅土為主要土質(zhì)分布類型，福建地區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候，常年雨量充沛，熱量豐富，土質(zhì)類型以紅土為主，摻雜少量黃土和人工填土，這在紅土地區(qū)有一定的代表性；建筑施工中生成的泥漿，富含鐵﹑鋁氧化物和石英、云母等礦物，具有較高的穩(wěn)定性和黏附性，適合選用含有陰離子聚丙烯酰胺成分的復(fù)合添加劑作為絮凝劑。

3 工作原理

3.1 陰離子聚丙烯酰胺

圖1 分子鏈極性基吸附架橋作用示意

3.2 復(fù)合添加劑

在陰離子聚丙烯酰胺絮凝原理的基礎(chǔ)上研究出一種新型復(fù)合添加劑（專利號ZL201710339699.8），該添加劑以陰離子聚丙烯酰胺為主要成分，加入適量的甘油酯、硅烷偶聯(lián)劑和烷基伯胺等藥劑來增強(qiáng)施工效果。當(dāng)泥漿中的有害物質(zhì)含量超過GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》時(shí)，使用新型復(fù)合添加劑不但可絮凝泥漿，還可把泥漿中的鉛、鎘等有害物質(zhì)鎖定在絮團(tuán)中，大大降低有害物質(zhì)含量，并調(diào)節(jié)水的pH值。在建筑施工中，使用新型復(fù)合添加劑來處理次生泥漿，能達(dá)到最佳的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與效果

為了能準(zhǔn)確計(jì)量新型復(fù)合添加劑的使用效果與使用方法，專項(xiàng)技術(shù)小組聯(lián)合有關(guān)專家進(jìn)行科研技術(shù)攻關(guān)，有針對性地結(jié)合工程實(shí)際，以陰離子聚丙烯酰胺的比對效果進(jìn)行科學(xué)研究，設(shè)計(jì)了以下3個(gè)試驗(yàn)。

試驗(yàn)1：陰離子聚丙烯酰胺的使用效果。

試驗(yàn)2：復(fù)合添加劑的使用效果。

試驗(yàn)3：復(fù)合添加劑的最佳投放量。

4.1 試驗(yàn)1：陰離子聚丙烯酰胺的使用效果

4.1.1 泥漿樣品分析

該樣品由微米級別硅酸鹽類礦物微粒形成高度分散混合懸浮體系，且含有鉛、鎘有害物質(zhì)成分，整體顯酸性。

4.1.2 表觀反應(yīng)

取1 000 mL建筑泥漿樣品裝入量杯中，加入100 mg的陰離子聚丙烯酰胺試劑，用玻璃棒順時(shí)針攪動10回合，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)泥漿中逐漸有大絮團(tuán)生成，并快速沉降到杯底，形成沉降界面，液體也變得澄清。

4.1.3 微觀反應(yīng)

取1 000 mL建筑泥漿樣品裝入量杯中，加入100 mg的陰離子聚丙烯酰胺試劑，用玻璃棒順時(shí)針攪動10回合，靜置30 s、45 s、1 min、2 min、3 min、5 min、7 min、9 min、14 min、19 min、25 min（在泥水初步分離過程中先密集檢測，后增大檢測時(shí)間間隔），對上清液進(jìn)行取樣分析檢測，做好觀測記錄。

1）對鉛含量的影響。經(jīng)檢測，原泥漿樣品中鉛含量為0.27 mg/L，加入陰離子聚丙烯酰胺試劑后，鉛含量先快速下降，后逐漸穩(wěn)定在0.22 mg/L，降低比例為18.5%，陰離子聚丙烯酰胺對泥漿中鉛含量的影響有限，無法有效降低鉛污染。

2）對鎘含量的影響。經(jīng)檢測，原泥漿樣品中鎘含量為0.03 mg/L，加入陰離子聚丙烯酰胺試劑后，鎘含量變?yōu)?.02 mg/L，變化量小，陰離子聚丙烯酰胺對泥漿中鎘含量的降低基本上不起作用。

3）對pH值的影響。原泥漿pH值為5.7，加入陰離子聚丙烯酰胺試劑后，pH值先快速上升，后逐漸穩(wěn)定在5.8，上升比例為1.8%，可認(rèn)為陰離子聚丙烯酰胺不影響泥漿pH值。

4.1.4 結(jié)論

陰離子聚丙烯酰胺可使泥漿絮凝沉降，但無法有效消除泥漿中鉛、鎘等有害物質(zhì)及調(diào)節(jié)pH值。

4.2 試驗(yàn)2：復(fù)合添加劑的使用效果

為了增強(qiáng)添加劑的施工效果，技術(shù)小組聯(lián)合科研院校進(jìn)行了大量的配比試驗(yàn)，研究制備出可大幅度改變泥漿中鉛、鎘、pH值的復(fù)合添加劑。

4.2.1 試驗(yàn)程序

重復(fù)4.1.1、4.1.2和4.1.3的試驗(yàn)程序，在試驗(yàn)樣品中再加入新型復(fù)合添加劑進(jìn)行測試，記錄觀測到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.2.22 種試劑分別作用下的試驗(yàn)比對

經(jīng)過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，繪制出鉛含量（圖2）、鎘含量（圖3）和水pH值（圖4）變化圖。

圖2 鉛含量變化

1）鉛含量變化。從鉛含量變化圖可看出，復(fù)合添加劑對鉛含量的影響在剛開始時(shí)反應(yīng)劇烈，鉛含量快速下降，后面趨于平緩；復(fù)合添加劑對鎘含量的影響比陰離子聚丙烯酰胺試劑高出很多。

圖3 鎘含量變化

圖4 水的pH值變化

2）鎘含量變化。從鎘含量變化圖可看出，復(fù)合添加劑對鎘含量的影響在剛開始時(shí)反應(yīng)劇烈，鎘含量快速下降，后面趨于平緩；復(fù)合添加劑對鎘含量的影響比陰離子聚丙烯酰胺試劑高出很多。

3）水pH值變化。從水的pH值變化圖可看出，復(fù)合添加劑對水pH值的影響在剛開始時(shí)反應(yīng)劇烈，水的pH值快速提高，后半段趨于平緩；而陰離子聚丙烯酰胺試劑對水pH值變化作用不明顯，復(fù)合添加劑對水pH值的影響比陰離子聚丙烯酰胺試劑高出很多。

4.2.3 結(jié)論

復(fù)合添加劑不僅能夠?qū)⒛酀{中的重金屬有效鎖定在絮團(tuán)中，對泥漿中的鉛含量、鎘含量和水pH值的調(diào)節(jié)比陰離子聚丙烯酰胺試劑更有效果，可防止分離出水的污染物對工程建設(shè)施工造成新的危害。

4.3 試驗(yàn)3：復(fù)合添加劑的最佳投放量

為了對復(fù)合添加劑的投放劑量進(jìn)行質(zhì)量控制，更體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)實(shí)效，技術(shù)小組收集了大量的工程實(shí)測資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對復(fù)合添加劑投放的最佳劑量范圍進(jìn)行了大膽的推測，以尋求最佳投放量。

4.3.1 投放量實(shí)測

泥漿含泥率過高不利于絮凝反應(yīng)，將泥漿樣品含泥率稀釋為18%，并投加分子量為1200萬的復(fù)合添加劑；當(dāng)投加量為76 mg/L時(shí)，產(chǎn)生絮團(tuán)小且易懸浮，沉降速度慢，能初步形成沉降界面；此時(shí)對鉛、鎘含量、pH值的影響開始顯現(xiàn)并可觀測，并逐步提高。

當(dāng)投加量達(dá)到106 mg/L時(shí)，泥漿溶液形成穩(wěn)定的沉降界面，有大絮團(tuán)，沉降速度快，壓實(shí)層縮小，上清液濁度98.5 NTU；此時(shí)對鉛、鎘含量和pH值的影響曲線已完全平穩(wěn)，不再變化。

4.3.2 結(jié)論

經(jīng)過大量工程數(shù)據(jù)收集和試驗(yàn)驗(yàn)證，得出：當(dāng)泥漿含泥率低于20%時(shí)，復(fù)合添加劑對其有較好的絮凝分離效果，同時(shí)最佳投放量范圍為76～106 mg/L。

5 工程質(zhì)量控制

在本工程中，通過絮凝劑的使用，使泥漿達(dá)到泥水初步分離。工程實(shí)踐總結(jié)出如下工程質(zhì)量控制要點(diǎn)與方法：

1）在拌和絮凝溶液時(shí)，為避免過強(qiáng)的剪切力使分子鏈斷裂，宜采用低速槳葉，控制攪拌速度（60 r/min）；另外，調(diào)配好的絮凝溶液不能長時(shí)間存放。

2）泥漿含泥率宜控制在20%以下。建筑泥漿含泥率過大時(shí)會使得泥漿初步分離難以實(shí)現(xiàn)，因此，施工現(xiàn)場若泥漿含泥率過大，應(yīng)加入清水使泥漿濃度在20%以下，使絮凝溶液對泥漿達(dá)到最佳效果。

3）泥漿與絮凝溶液比例。試驗(yàn)結(jié)論得出復(fù)合添加劑最佳投放量范圍為76～106 mg/L；若施工現(xiàn)場以1 m3藥劑溶液與9 m3泥漿混合，1 m3藥劑溶液濃度范圍應(yīng)為760～1 060 g/m3。

4）絮凝溶液應(yīng)與泥漿充分拌和。壓濾機(jī)在抽取混合漿料前，應(yīng)先在漏斗狀的反應(yīng)罐中充分拌和、靜置。

6 工程應(yīng)用效果

在本工程的泥漿處理過程中，通過復(fù)合添加劑的使用，達(dá)到了最佳的絮凝效果，大大減少了絮凝材料的使用量，也擴(kuò)大了絮凝技術(shù)的使用范圍[3-5]，能有效應(yīng)用在紅土土質(zhì)地區(qū)。通過本工程次生泥漿消納綠色施工體系的高效應(yīng)用，所應(yīng)用的泥漿消納技術(shù)與傳統(tǒng)泥漿外運(yùn)處理方式相比，經(jīng)過測算可節(jié)約成本138.8萬元。