徐鵬，董帥志，黃仁樂，房祥然，郎小偉，左小晗，詹炳根

（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 前言

淤泥是以含水鋁硅酸鹽為主的多種礦物的混合物，是-種資源量豐富且可大規(guī)模利用的新型礦產(chǎn)資源。其具有粒徑細(xì)、含沙量低、塑性指數(shù)較高等特點(diǎn)[1]。目前,國(guó)內(nèi)較為常用的河湖清淤方法主要有干式清淤、半干式清淤和濕式清淤3種[2],然而清除出的大量淤泥卻得不到合適的處理，很有可能造成二次污染，因此淤泥的應(yīng)用問題就顯得尤為重要。經(jīng)調(diào)查，我國(guó)的污泥處置大部分以農(nóng)用、填埋或焚燒處置,在制備建筑材料方面的應(yīng)用很少。

湖沼等淤泥中摻入耐火原料,調(diào)整成分,可用作燒結(jié)磚的主要原料,提高其配合量,還有助于節(jié)省磚用黏土資源和減少對(duì)環(huán)境的影響[3],通常來(lái)說,河道每隔三四年就要清淤,國(guó)家每年都要拿出一部分專項(xiàng)資金用于淤泥處理，勞民傷財(cái)，還要解決淤泥堆放問題，而利用淤泥制磚，能使淤泥成為建材企業(yè)爭(zhēng)相競(jìng)爭(zhēng)的原材料，成本低廉且來(lái)源廣泛。淤泥制磚的實(shí)施,可以解決清水河道工程中疏浚土方的出路,是保證河道整治工程順利開展的有效途徑[4]。但目前國(guó)內(nèi)利用淤泥制磚基本都是靠燒結(jié)處理，而燒結(jié)流程造成污染且能耗嚴(yán)重。用淤泥燒制燒結(jié)磚過程中,一定細(xì)度的淤泥原料,通過摻入粉煤灰控制塑性指數(shù),以適當(dāng)?shù)谋簾郎囟龋?50～1050℃）保溫30min以上,原料內(nèi)氧化鐵含量低于7%,基本都能制得良好的燒結(jié)磚[5]。但如果要求較高質(zhì)量燒結(jié)磚的時(shí)候，就必須嚴(yán)格控制各種因素，這就限制了淤泥燒結(jié)磚的廣泛生產(chǎn)。

利用淤泥生產(chǎn)免燒結(jié)砌塊在國(guó)內(nèi)可以說是相對(duì)空白的一部分，大部分是以脫水淤泥為主要原料，經(jīng)系列免燒結(jié)工藝制得陶粒[6]，再以淤泥制成的陶粒為原材料制作砌塊，但該類砌塊具有強(qiáng)度低且耐水性差的缺點(diǎn)，很難運(yùn)用到房屋建材中，目前運(yùn)用的主要對(duì)象還是邊坡維護(hù)砌塊。但不容忽視的問題是，城市淤泥處置極為困難,淤泥制砌塊進(jìn)行資源化利用具有重要意義,同時(shí)為解決砌塊應(yīng)用問題[7]。因此解決淤泥砌塊強(qiáng)度低、耐水性差等問題顯得尤為重要，亦是變廢為寶的關(guān)鍵一步。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)原材料以取自合肥逍遙津內(nèi)湖泊的淤泥和實(shí)驗(yàn)室的一種的新型膠凝材料以及一種高效減水劑。

本試驗(yàn)將一定含水率的淤泥與膠凝材料混合攪拌均勻，制成淤泥改性料，測(cè)量淤泥和淤泥改性料的各項(xiàng)參數(shù)。（具體配合比見表1）

配合比 表1

1.2 試驗(yàn)方法

①淤泥天然含水率測(cè)量方法參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）；

②淤泥塑限指數(shù)測(cè)量方法參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）；

③淤泥顆粒級(jí)配測(cè)量方法參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）；

④淤泥改性料流動(dòng)度測(cè)量利用砂漿擴(kuò)展度測(cè)定儀；《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》（GB/T2419-2005）；

⑤淤泥改性料抗折抗壓強(qiáng)度測(cè)量方法參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T17671-1999）；

⑥淤泥改性料耐水性測(cè)量方法參照規(guī)范《混凝土實(shí)心磚》（GB/T21144-2007）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 淤泥性能測(cè)試研究

2.1.1 顆粒級(jí)配

實(shí)驗(yàn)所需的淤泥需經(jīng)破碎、烘干、過篩（2mm），其粒徑級(jí)配見表2。

粒徑分布 表2

計(jì)算出該淤泥土的不均勻系數(shù)Cu=3.33；形狀曲率系數(shù)Cc=1.66；得出該土為級(jí)配不良。

2.1.2 液塑限指數(shù)

參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）中液、塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)定淤泥塑性指數(shù)，以圓錐儀下沉深度為橫坐標(biāo)，含水率為縱坐標(biāo)，建立雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)，計(jì)算出圓錐儀下沉深度分別為2mm、10mm時(shí)淤泥的含水率，即

塑限WP=23.20；

液限WL=37.50；

LP=14.3；LL=4.41;

對(duì)比規(guī)范《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）得出該土天然狀態(tài)下為流塑狀態(tài)。

2.2 淤泥改性料試件強(qiáng)度

2.2.1 流動(dòng)性

結(jié)合試驗(yàn)得出，在淤泥改性料的制備時(shí)通過添加減水劑和控制淤泥含水率，使淤泥改性料在入模時(shí)能夠擁有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，制得最終的淤泥改性料的流動(dòng)性如圖1所示。

圖1 流動(dòng)性隨含水率的變化曲線

分析數(shù)據(jù)得，淤泥改性料在一定的范圍內(nèi)隨著膠凝材料摻入量的提高，改性料的稠度提高，且膠凝材料能把淤泥中的水分吸收，促使流動(dòng)度逐漸降低，而隨著改性料含水率的提高改性料得到稀釋，膠凝材料將自由水固定的量，因此淤泥改性料的流動(dòng)度有一定程度的提高，且在隨著流動(dòng)度的提高，改性料制成的試件成型時(shí)間相對(duì)縮短。得到含水率為45%左右時(shí)能夠順利灌入試模中。

2.2.2 試件強(qiáng)度

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)出各組不同含水率，不同膠凝材料摻量的試件抗折抗壓強(qiáng)度，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行整理得到下列變化曲線圖如圖2、圖3所示。

圖2 28d抗折強(qiáng)度變化曲線圖

圖3 28d抗壓強(qiáng)度變化曲線圖

整合上述圖表和結(jié)論得，當(dāng)膠凝材料摻入量相同時(shí)，隨著含水率的降低，試件中的自由水含量降低，改性料的稠度較低，但試件成型后，試件的28d抗折強(qiáng)度基本相同，抗壓強(qiáng)度有明顯的提高。值得一提的是當(dāng)膠凝材料的摻量為8%，含水率為50%時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度在測(cè)試時(shí)，不斷被壓壞，無(wú)法測(cè)量試件抗壓強(qiáng)度。當(dāng)淤泥改性料的含水率一定時(shí)，隨著膠凝材料的摻量增大時(shí)，膠凝材料結(jié)合淤泥中的自由水分增多，促使更多的自由水轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水，使試件的抗折抗壓強(qiáng)度相對(duì)提高。當(dāng)膠凝材料的摻入量為10%時(shí)，含水率為40%的試件抗折抗壓強(qiáng)度相對(duì)于另外兩組有明顯提高，且此時(shí)的改性料的流動(dòng)度相對(duì)較好，雖然膠凝材料摻入量為12%時(shí)試件的強(qiáng)度比摻入量為8%的同含水率試件強(qiáng)度要高，但考慮到膠凝材料的經(jīng)濟(jì)性和改性料的流動(dòng)度情況，選取膠凝材料摻量為15%、含水率為45%的改性料制作砌塊。

2.3 淤泥改性料耐水性實(shí)驗(yàn)

由測(cè)出的軟化系數(shù)繪制出軟化系數(shù)隨含水率變化曲線如圖4所示。

圖4 軟化系數(shù)變化曲線

分析數(shù)據(jù)得，當(dāng)膠凝材料摻入量一定時(shí)，隨著含水率的提高，試件中的自由水含量增大。進(jìn)行耐水性實(shí)驗(yàn)時(shí)，試件軟化相對(duì)嚴(yán)重，試件的軟化系數(shù)逐漸降低，耐水性下降，當(dāng)含水率一定時(shí)，隨著膠凝材料的摻入量的增多，試件的軟化系數(shù)有顯著提高，耐水性逐漸變好，由此可知，膠凝材料對(duì)試件的耐水性有一定提高作用。

2.4 淤泥建筑砌塊的制作與性能

考慮到膠凝材料的經(jīng)濟(jì)性和淤泥改性料的流動(dòng)性的要求，選用膠凝材料摻入量為10%的膠凝材料參數(shù)和含水率為45%制成與淤泥建筑砌塊，建筑砌塊規(guī)格為，測(cè)定砌塊的抗壓強(qiáng)度平均值為3.82MPa。

3 結(jié)論

本文在對(duì)以合肥逍遙津湖泊淤泥為原材料的生產(chǎn)砌塊進(jìn)行研究，在原材料的天然含水率、塑性指數(shù)和粒徑指數(shù)等理化性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，得出淤泥的理化性質(zhì)與粘土接近，但塑性指數(shù)較高，結(jié)合新型膠凝材料制成淤泥改性料試件，測(cè)試改性料的流動(dòng)性，發(fā)現(xiàn)改性料的流動(dòng)性較差，試件成型時(shí)間較長(zhǎng)，緊接著分析試件的強(qiáng)度情況，整理試件強(qiáng)度和耐水性隨膠凝材料摻入量和含水率的變化情況，在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和和易性的情況選出較優(yōu)配合比10%膠凝材料摻入比和45%含水率的淤泥改性料制成砌塊，測(cè)量砌塊的抗壓強(qiáng)度，知實(shí)驗(yàn)砌塊的強(qiáng)度超過同類砌塊，同時(shí)砌塊強(qiáng)度同石膏空心砌塊相比，已達(dá)到石膏空心砌塊標(biāo)準(zhǔn)≥3.5Mpa。具體結(jié)論如下：

①淤泥土的粒徑分布和塑性指數(shù)等理化性質(zhì)同粘土類似，可用于生產(chǎn)磚砌體；

②淤泥改性料的流動(dòng)度相對(duì)較低，是由于膠凝材料結(jié)合淤泥中的自由水促使流動(dòng)度較低，可通過增加減水劑或適當(dāng)提高淤泥含水率調(diào)整流動(dòng)度；

③當(dāng)試件中含水率較低時(shí)，試件的強(qiáng)度雖然較高，但試件流動(dòng)性差，成型時(shí)間長(zhǎng)，不利于生產(chǎn)；

④膠凝材料的摻入量增多，結(jié)合淤泥中更多的自由水使成為結(jié)合水，提高試件強(qiáng)度，但如果試件中的自由水比例過大，試件會(huì)強(qiáng)度過低甚至難以成型；

⑤淤泥改性料的耐水性隨著膠凝材料的比例增大時(shí)，提升很明顯，當(dāng)膠凝材料過低時(shí)，耐水性明顯不符合標(biāo)準(zhǔn)，砌塊只能用于氣候干燥地區(qū)，但膠凝材料高于10%時(shí)，具有同類石膏砌塊的耐水性；

⑥制得的砌塊強(qiáng)度大于3.5MPa，且改性料的軟化系數(shù)和流動(dòng)度均較好，砌塊可以進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)，有益于淤泥處理。