覃昌佩 蔣乙平 何奇

摘 要：以北部灣海域淤泥為主要原料制備塊體替代普通混凝土，當(dāng)淤泥：水泥：礦粉：石膏=70：20：18：2時，在15MPa成型壓力下，基于半干法壓制成型的淤泥塊體28d、90d抗壓強(qiáng)度分別為23.5MPa和27.3MPa，后期強(qiáng)度不倒縮。與普通C20混凝土相比，淤泥塊體成本降低37.5%。該材料可以替代普通混凝土制備護(hù)面磚、護(hù)面塊體等應(yīng)用于航道整治或道路工程，為港口、航道整治疏浚淤泥的資源化利用提供有效途徑。

關(guān)鍵詞：北部灣;疏浚淤泥;水泥基材料;資源化利用

隨著國家對自然資源的保護(hù)嚴(yán)格要求，傳統(tǒng)開山采石方式受到限制。而港口建設(shè)、航道整治工程等工程帶來大量疏浚砂土，疏浚砂土的建材資源化利用，可以減輕對環(huán)境的影響，間接地節(jié)省土地，降低工程造價。大量利用廢棄疏浚砂土、有效緩解天然砂石材料短缺和枯竭問題，對推動綠色水運、促進(jìn)生態(tài)保護(hù)將起到積極作用[1]。廣西鐵山港在港池開挖過程中產(chǎn)生大量的疏浚淤泥，將產(chǎn)生過億方的淤泥，對于如此大量的疏浚淤泥，若僅將其作為廢物進(jìn)行外拋處理，不僅占用大量土地，還會導(dǎo)致周圍環(huán)境及水資源的二次污染，造成土資源的巨大浪費[2]。由此，亟待對鐵山港在港池開挖過程中產(chǎn)生的大量廢棄疏浚泥進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的處置與利用。

進(jìn)行疏浚淤泥建材化循環(huán)再生利用技術(shù)的研究及應(yīng)用，以港口建設(shè)過程產(chǎn)生的海域疏浚淤泥為主要原材料制備具有自重輕、抗裂性強(qiáng)、低收縮的水泥基材料替代普通混凝土就近應(yīng)用于港口航道或市政等工程，可以為港口建設(shè)或航道整治廢棄物的資源化利用提供有效的途徑，具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

1試驗原材料及方法

礦粉為S95級礦粉，比重比為2.83g/cm3，比表面積為385m2/kg;粉煤灰二級粉煤灰;水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥;淤泥PH值大于7，呈堿性。顆粒小于0.075mm的占94.0%，0.25～0.075mm為6.0%。淤泥外觀形貌如圖1所示。

將一定質(zhì)量的疏浚淤泥、礦粉或粉煤灰、水泥添加到砂漿攪拌機(jī)的料桶內(nèi)，將干料用JJ-5水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌2分鐘，干料攪拌均勻后再加一定量的水再攪拌2分鐘;將攪拌后的物料稱重，加入到模具中，然后在SHT4305型微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)型上以規(guī)定的壓力壓制成試件，壓制制度為600N/S速率加壓至15MPa恒壓兩分鐘;試件采用定期灑水養(yǎng)護(hù)。試件抗壓、劈裂抗拉驗按照SL 352-2006《水工混凝土試驗規(guī)程》進(jìn)行，采用100×100×100mm試模養(yǎng)護(hù)7、28、90d后在SHT4305萬能試驗機(jī)上進(jìn)行抗壓和劈裂抗拉試驗。

2試驗結(jié)果及分析

2.1疏浚淤泥塊體力學(xué)性能

疏浚淤泥塊體配合比及性能見表1：

從表1可知，淤泥含量固定時，早期淤泥塊體的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度隨著水泥含量的增加而減少，其中S7的7d抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度達(dá)到了最大，分別為18.6MPa、2.96MPa。而90d后期強(qiáng)度隨著礦粉摻量增加，塊體強(qiáng)度增加，礦粉摻量為18%的S9試樣較之礦粉摻量為0%的S7試樣，90d抗壓強(qiáng)度提高19.2%，礦粉替代以及適量石膏的摻加可以有效改善淤泥試件干縮問題，從而獲得持續(xù)增長的長期強(qiáng)度。這是因為礦粉本身具有很強(qiáng)的活性成分包括 SiO2、Al2O3等，可與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣等凝膠從而對強(qiáng)度起到增強(qiáng)作用。王立久[3]等通過研究發(fā)現(xiàn)混凝土中礦粉的加入，不僅可以起到增強(qiáng)骨料與水泥漿界面過渡區(qū)的作用，還能使混凝土更加密實孔隙更少。其原因為礦粉可與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，并生成C-S-H凝膠，氫氧化鈣的消耗使得界面過渡區(qū)得以增強(qiáng)，C-S-H凝膠可以填補混凝土中的孔隙，優(yōu)化了孔級配。得出結(jié)論：礦粉在混凝土中具有填充效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)。同樣潘躍鵬[4]等人也發(fā)現(xiàn)活性礦粉可與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生C-S-H和鈣礬石。氫氧化鈣的減少致使C-S-H等水化產(chǎn)物中孔的尺寸減小，進(jìn)而使得試件更加密實從而提高其強(qiáng)度。此外，礦粉的活性可被水泥中的C3A激活，使得水泥水化加快，生成碳鋁酸鈣晶使其早期強(qiáng)度提高。

2.2 經(jīng)濟(jì)分析

從表2可知，與普通C20混凝土相比，淤泥材料成本降低34.8%，可大量應(yīng)用廢棄疏浚土，減少土地占用的同時有效緩解天然砂石材料的短缺，不僅降低了工程造價，并且廢物利用避免了其對環(huán)境的二次污染，是航道整治等工程降低對環(huán)境影響的有效措施，具有巨大的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

3結(jié)論

通過以上研究可以得到以下結(jié)論：

（1）研究首次以北部灣海域淤泥制備塊體，當(dāng)淤泥：水泥：礦粉：石膏=70：20：18：2時，在15MPa成型壓力下，塊體28d、90d抗壓強(qiáng)度分別為23.5MPa和27.3MPa，長期性能穩(wěn)定，該材料有望替代普通混凝土制備護(hù)面磚、護(hù)面塊體等應(yīng)用于航道整治或道路工程，為港口、航道整治疏浚淤泥的資源化利用提供了一條有效途徑。

（2）與普通C20混凝土相比，淤泥材料成本降低34.8%，可大量應(yīng)用廢棄疏浚土的同時實現(xiàn)大量工業(yè)廢渣礦粉等的廢物利用。以港口、航道工程疏浚淤泥為主要原材料制備塊體替代普通混凝土，不僅符合國家節(jié)能減排政策，而且經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李明東，夏霆，劉洋洋，等.海港疏浚含鹽淤泥燒結(jié)陶粒試驗研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報，2016，35（6）：81-85.

[2] Andrea Mezencevova， Nortey N. Yeboah， Susan E. Burns， et al. Utilization of Savannah Harbor river sediment as the primary raw material in production of fired brick[J]. Journal of Environmental Management， 2012（113）：128-136.

[3]王立久，董晶亮，谷鑫.不同礦物摻合料對混凝土早期強(qiáng)度和工作性能影響的研究[J].混凝土，2013（04）：1-3.

[4]潘躍鵬，陶桂蘭.礦粉摻量對廢棄超細(xì)砂制備砂混凝土密度及強(qiáng)度影響研究[J].硅酸鹽通報，2018，37（03）：849-855.