姜 健，林 偉

（1.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州311231；2.天頌建設(shè)集團有限公司，浙江 溫嶺317500）

河道淤積將會影響到防洪、排澇、通航、運輸?shù)裙δ埽瑸榱吮Ｗo環(huán)境，使河道功能得以正常發(fā)揮，各地每年都將開展大量的河道清淤疏浚工程，這些工程會產(chǎn)生巨大的疏浚底泥量。以浙江省杭州市為例，自開展“五水共治”以來，年度產(chǎn)生疏浚底泥達6 000萬m3。疏浚底泥嚴格意義上可認為是工業(yè)廢料，它的資源化處理方法包括填方填海、農(nóng)業(yè)利用、作為建筑原材料等。透水磚用于鋪裝透水路面，對抗壓強度和密實度要求不高，以疏浚底泥為原料制備透水磚具有較高的可行性。但是，與黏土等制備透水磚的常用原材料相比，疏浚底泥含水率大、強度低，有些還含有有害有毒物質(zhì)。本文通過摻入不同摻合料，對河道疏浚底泥透水磚的強度和透水性影響因素和規(guī)律作進一步的研究和分析。

1 試驗原料

1.1 河道疏浚底泥

本試驗選用杭州市某河道淤泥，其基本物理性質(zhì)見表1；經(jīng)X-射線熒光光譜技術(shù)分析，底泥主要化學(xué)成分見表2［1］。

表1 疏浚底泥基本物理性質(zhì)

表2 疏浚底泥主要化學(xué)成分

1.2 固化劑

本試驗選用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥作為固化劑。

1.3 建筑廢砂料

本試驗建筑廢砂料選用廢棄的混凝土，經(jīng)破碎后作為骨料。骨料采用5～10 mm、10～20 mm單一粒徑，嚴控針片狀顆粒；骨料粒徑5 mm以下顆粒含量不應(yīng)大于35%。

1.4 礦物摻合料

礦物摻合料選用粉煤灰、硅灰。粉煤灰為超細Ⅱ級火電廠粉煤灰，根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T 1596—2017）》粉煤灰有關(guān)試驗方法，測得主要化學(xué)成分見表3。

表3 粉煤灰主要化學(xué)成分

2 試驗方案

2.1 試驗設(shè)計

與普通黏土相比，河道疏浚底泥的孔隙率、含水率均比較大，干密度較低，強度也較低。因此，用壓力成型法制成的透水磚強度也較低。因此，如何在保持較好透水性能的基礎(chǔ)上，進一步提高河道疏浚底泥透水磚的抗壓強度，是進一步推廣該種產(chǎn)品的重要影響因素之一。本試驗擬采用1∶1比例的河道疏浚底泥和普通黏土作為主材，強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥作為固化劑，建筑廢砂料作為骨料，通過摻加粉煤灰、硅灰等礦物摻合料，研究復(fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料對河道疏浚底泥透水磚性能的影響規(guī)律。

2.2 試驗配合比

本試驗配合比設(shè)計見表4。

表4 配合比設(shè)計

2.3 試驗方法

1）將疏浚底泥和普通黏土各自風干、烘干、去雜，再將疏浚底泥和普通黏土按照1∶1的比例混合破碎后，過孔徑為5～10 mm、10～20 mm的篩網(wǎng)，去除較大的固體雜質(zhì)和較小的顆粒。

2）將干燥的疏浚底泥、普通黏土和建筑廢砂料混合攪拌均勻；然后加入水泥、摻合料攪拌均勻；最后再加入水進行攪拌。

3）攪拌結(jié)束后，將拌合物澆筑在尺寸200 mm×100 mm×50 mm的磚型模具中成型，成型壓力為10 MPa，保持2 min，并將表面抹平［2］。

4）試件放入人工養(yǎng)護室內(nèi)蒸汽養(yǎng)護2 d，蒸汽養(yǎng)護溫度80℃。取出后脫模，然后作為試驗備用。

5）根據(jù)《透水磚（JC/T 945—2005）》中的規(guī)定測定透水磚抗壓強度，試件數(shù)量5塊，檢查試件表面平整度后，放入常溫水中浸泡24 h。試件取出后用擰干的濕毛巾擦干表面，用壓力機進行破壞試驗，記錄破壞荷載P。抗壓強度RC=P/A。

6）根據(jù)《透水磚（JC/T 945—2005）》中的規(guī)定測定透水磚透水系數(shù)，試件數(shù)量3塊，在3塊試件上制取3個直徑75 mm、厚度50 mm的圓柱體作為試樣，在試樣四周涂一層密封膠，放入透水儀中［3-4］。透水系數(shù)KT=QL/AHt。

3 結(jié)果與討論

3.1 實驗結(jié)果

3.1.1 抗壓強度

抗壓強度（MPa）由公式（1）計算：

式中：P為破壞荷載，N；

A為試件受壓面積，mm2。

3.1.2 透水系數(shù)

透水系數(shù)（cm/s）由公式（2）計算：

式中：Q為時間t秒內(nèi)的滲出水量，mL；

L為試件厚度，cm；

A為試樣上表面面積，cm2；

H為水位差，cm；

t為時間，s。

3.1.3 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果數(shù)據(jù)見表5。

表5 實驗結(jié)果數(shù)據(jù)

3.2 單摻建筑廢砂料

1）從圖1試驗結(jié)果看，單摻建筑廢砂料的試樣和復(fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料的試樣相比，無論礦物摻合料是粉煤灰還是硅灰，單摻試樣的抗壓強度明顯低于復(fù)摻試樣。這是因為，礦物摻合料摻入后與水泥熟料發(fā)生進一步化學(xué)反應(yīng)，生成具有凝膠性能的水化產(chǎn)物，填充了試樣的孔隙，進一步提升了強度。但是在疏浚底泥、普通黏土、水等摻量保持一定的情況下，單摻試樣的抗壓強度隨著水泥摻量減少和建筑廢砂料摻量增加而逐漸降低。這是因為，3組試樣的骨料摻量不斷增加，而水泥摻量不斷減少，水泥熟料生成的水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）和Ca（OH）2晶體也隨之不斷減少，骨料間的孔隙不能得到有效填充，孔隙率不斷增大，因而抗壓強度不斷降低。

圖1 單摻試樣的抗壓強度

2）從圖2的試驗結(jié)果看，單摻建筑廢砂料的試樣和復(fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料的試樣相比，其透水性能明顯高于復(fù)摻試樣。這是因為，復(fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料的試樣，因為礦物摻合料生成大量膠凝性能水化產(chǎn)物后，孔隙率不斷降低，密實度大大提高，影響了試樣的透水性能。同時，單摻試樣的透水系數(shù)隨著水泥摻量減少、建筑廢砂料摻量增加而不斷增大，這也是因為水泥用量減少后，孔隙率不斷變大的緣故。

圖2 單摻試樣的透水性能

3.3 復(fù)摻建筑廢砂料粉煤灰

1）從圖3的試驗結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料和粉煤灰后，試樣的強度有所增加。這是因為，粉煤灰含有大量的SiO2和Al2O3，和疏浚底泥、普通黏土和水泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生活性反應(yīng)，生成水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）、水化鋁酸鈣（C-A-H膠凝）等膠凝物質(zhì)；并且粉煤灰能填充骨料中的孔隙，對試樣起到增強作用，提高了試樣的抗壓強度。從圖3中可以看出，隨著粉煤灰摻量的不斷增加，試樣的抗壓強度不斷增加；但與硅灰相比，摻加粉煤灰對提升試樣抗壓強度的效果比較差，這是因為粉煤灰的摻量一般不宜過大，試樣改善微型結(jié)構(gòu)的效果不如摻加硅灰明顯。

圖3 復(fù)摻粉煤灰試樣的抗壓強度

2）從圖4試驗結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料和粉煤灰后，試樣的透水性能有所降低。這是因為，摻加粉煤灰后，試樣的孔隙率進一步降低，材料密實度進一步得到提升，因此透水系數(shù)進一步降低。

圖4 復(fù)摻粉煤灰試樣的透水性能

3.4 復(fù)摻建筑廢砂料硅灰

1）從圖5試驗結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料-硅灰后，試樣的強度與單摻試樣、復(fù)摻建筑廢砂料-粉煤灰試樣相比，有明顯的提升，甚至能達到《透水磚（JC/T 945—2005）》中規(guī)定的Cc30以上。這是因為，硅灰與粉煤灰同屬活性材料，能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）、水化鋁酸鈣（C-A-H膠凝）等膠凝物質(zhì)；同時，硅粉密度比水泥、粉煤灰小，顆粒比水泥、粉煤灰更細，等質(zhì)量取代水泥粉煤灰后，膠凝材料的體積增大，透水磚內(nèi)更多、更細微的孔隙得以填充，充分發(fā)揮了微集料效應(yīng)［4］。因此，與粉煤灰相比，硅灰具有更好的提升強度效果。

圖5 復(fù)摻硅灰試樣的抗壓強度

2）從圖6試驗結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料-硅灰后，由于試驗的孔隙率不斷變小，材料的密實度進一步提升，至使透水性能進一步變差。

圖6 復(fù)摻硅灰試樣的透水性能

4 結(jié) 語

1）將疏浚底泥及普通黏土破碎成粒徑為5～10 mm、10～20 mm顆粒，廢棄混凝土制成粒徑為5～10 mm、10～20 mm建筑廢砂料作為骨料，與水泥和水攪拌，通過壓力成型法能制成以疏浚底泥、普通黏土為主要材料的透水磚。但是，該種疏浚底泥透水磚的抗壓強度較低，低于《透水磚（JC/T 945—2005）》中規(guī)定的Cc30標準要求，需要通過改性進一步提升強度。

2）通過摻入一定量的粉煤灰，與疏浚底泥、普通黏土和水泥中的堿性物質(zhì)，生產(chǎn)大量的水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）、水化鋁酸鈣（C-A-H膠凝），能提升疏浚底泥透水磚的抗壓強度，但因受粉煤灰摻入量的限制，提升效果不明顯。同時，隨著抗壓強度的提升，疏浚底泥透水磚的透水性能逐步下降。

3）通過摻入一定量的硅灰，因硅灰比粉煤灰更細，能夠顯著改善骨料與膠凝材料膠結(jié)界面的質(zhì)量，從而提高疏浚底泥透水磚的抗壓強度，基本能達到《透水磚（JC/T 945—2005）》中規(guī)定的Cc30標準要求，同時具有一定的透水性能，具有一定的工程實際應(yīng)用價值。