鉆孔灌注樁廢棄泥漿循環利用試驗研究

穆立春 于佃博 蔡宗鵬

(1.山東德建集團有限公司，山東 德州 253003； 2.青島理工大學，山東 青島 266033)

鉆孔灌注樁廢棄泥漿循環利用試驗研究

穆立春1,2于佃博1蔡宗鵬1

(1.山東德建集團有限公司，山東 德州 253003； 2.青島理工大學，山東 青島 266033)

針對鉆孔灌注樁施工產生的廢棄泥漿，以水泥作為固化材料，在水泥摻入量不同的條件下將固化后的泥漿制成邊長為100 mm的標準立方體試塊進行無側限抗壓強度試驗，對比分析了不同摻入比情況下水泥基固化廢棄泥漿的強度發展變化情況。試驗結果表明：水泥固化后的泥漿具有一定的強度，可做基礎墊層使用，也可作為一種處理廢棄泥漿的方法。

泥漿，水泥，固化，強度

0 引言

鉆孔灌注樁施工過程中，為平衡地層壓力、護壁、冷卻鉆頭、清孔、潤滑鉆具，會產生大量的泥漿，這些泥漿為粘稠流體或半流體狀，其具有顆粒細小、級配差別不大、粘度高、含水率高和不易脫水等特性。其自然干燥緩慢，干燥狀態下遇風易形成揚塵，遇水后又恢復成泥漿狀態。如處置不當，則占用施工場地，影響施工進度與施工文明、安全，給企業效益造成一定損失。

怎樣將廢棄泥漿進行有效處理，為工程泥漿找到一種經濟環保的處理方式，顯得尤為重要[1]。現行的廢棄泥漿處理有自然干化、就地填埋、固液分離、化學固化等方式[2-8]。自然干化這種處理方式原始落后、效率低，在運輸過程中容易造成泥漿的漏灑而污染城市環境；就地填埋的處理方式處理時間長，影響工期，污染環境及地下水，而且因廢棄泥漿承載力低，填埋于地下，可能會造成地面塌陷；固液分離的通常做法是通過在廢棄泥漿中添加物理或化學添加劑，加速固液態分離速度，分離后再進行處理；化學固化處理是一種比較實用的處理方式，一般是通過在廢棄泥漿中摻入適量水泥，使其發生物理化學反應，提高固化泥漿的強度，簡單實用。

根據施工現場實際情況，利用鉆孔灌注樁施工產生的廢棄泥漿為研究對象，以摻入不同比例水泥對其固化為手段，分析水泥摻入量與固化廢棄泥漿抗壓強度之間的關系，達到廢棄泥漿回收再利用、變廢為寶的目的，為施工企業處理廢棄泥漿、提高企業經濟效益提供參考。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

試驗項目為一新建工業廠區，因上部荷載較大，建筑物采用鉆孔灌注樁作為下部受力結構，在樁基施工過程中產生了大量的廢棄泥漿。本次試驗所用的泥漿即為現場鉆孔灌注樁施工過程中產生的廢棄泥漿。

施工產生的廢棄泥漿臨時存放于現場泥漿池中，試驗前，將廢棄泥漿沉淀完畢后，濾掉上層清水，取下層泥漿沉渣作為試驗材料。試驗泥漿含水率w=45%左右，在固化拌和過程中不再加水。

試驗泥漿土顆粒細小均勻，含水量大，具有流動性。試驗所用水泥為P.O42.5水泥，物理性質見表1。

1.2 試驗儀器

表1 水泥物理性能

稱重器械為電子臺秤。

試塊成型模具為三聯裝100 mm×100 mm×100 mm塑料材質的混凝土試模。

壓力機為TYE-3000B型壓力試驗機，如圖1所示。最大試驗力為3 000 kN，活塞行程為0 mm～100 mm，承壓板間最大凈距為360 mm，承壓板尺寸為320 mm×320 mm，凈重1 650 kg。

1.3 試驗方案

固化泥漿按水泥與泥漿沉渣質量比進行配比。

試驗試塊根據水泥摻入比例分為五組，每組三件，試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm立方體。水泥與泥漿的質量比分別為12%,15%,18%,25%,35%。

試塊在施工現場辦公室內進行制作，當天平均氣溫15 ℃。制作方法是先將稱量好的泥漿沉渣倒入塑料盆中，邊撒邊攪拌稱量好的水泥粉，拌和均勻后，倒入100 mm×100 mm×100 mm的三聯混凝土試模中，振搗密實，在室內自然養護24 h后試件脫模成型，并根據配合比進行編號，然后，將試塊送入標養室進行7 d和28 d標準養護。固化泥漿制作時，因泥漿沉渣含水率較高，拌和過程中不再加水。養護完成后，對不同齡期的試塊在壓力試驗機上進行無側限抗壓強度試驗，并記錄數據。具體試驗方案見表2。

表2 試驗方案

2 試驗結果及分析

通過對試件進行無側限抗壓強度測試，取每組試塊強度平均值，相關試驗數據列于表3。

表3 試驗結果

通過表3中數據可以發現，在相同齡期下，隨著水泥摻入比例的逐步增加，試件強度也逐漸增大。其原因是由于水泥與泥漿攪拌后，吸收泥漿中的水分而發生物理化學反應，產生凝膠狀水化物。水化物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯結，而形成具有一定強度的水泥固土體。試樣中水泥含量越多，生成的水化物就越多，當水泥含量達到某一程度時，不僅將土顆粒包裹起來，還會填充土顆粒之間的孔隙，使松散的土顆粒膠結為一體，形成一定的強度[9]。

將12%,15%,18%,25%,35%配比下試樣28 d齡期強度與7 d齡期強度進行對比。可以發現，12%,15%,18%,25%,35%配比下試樣強度分別平均增加為0.09 MPa,0.47 MPa,0.65 MPa,0.76 MPa和2.96 MPa。當水泥含量不大于25%時，由于水泥含量較少，水化反應在早期較為充分，試樣7 d,28 d齡期下強度變化不大；當水泥含量增大到大于25%時，由于水泥含量的增大，7 d齡期的試塊水化反應未完全釋放，從而導致28 d齡期強度相比于7 d齡期強度有較大提高。

由表3可知，當水泥含量達到35%時，試塊強度超過10 MPa，已經可以達到燒結粘土磚的強度，塊體可以用于室內非承重隔墻。圖2～圖4為12%,18%,25%水泥配比情況下試樣無側限抗壓強度試驗后的破壞情況。

3 結論及建議

本文通過對水泥摻入量分別為12%,15%,18%,25%,35%五種不同水泥基固化廢棄泥漿試塊進行無側限抗壓強度試驗和分析，得出試塊強度隨著水泥摻量增加而增大，當水泥含量超過20%以后，試塊強度明顯提高，但仍不能達到建筑工程相關設計規范的要求。但是，可以在如下一些特殊工程中應用：

1)可利用固化泥漿凝結前的流動性充填狹小空間、路基空隙及地下管道工程的周邊空隙，解決不易壓實的難題。

2)利用固化土的節水、節材的特點，應用于礦坑、采空區、溶洞等回填。

3)固化后塊體可用于砌筑現場臨時綠化圍墻、作為建筑物基礎模板或用于室外排水管網的墊層，灌注碎石路基層的縫隙。

4 展望

本文中對廢棄泥漿的固化只添加了水泥這一種添加劑，固化方法單一，對泥漿固化效果有限。根據目前對泥漿固化的研究結果，以后再做進一步研究時，可從以下兩個方面考慮：

1)在水泥固化土中加入纖維。

由于纖維具有一定的柔韌性、抗拉強度、質量輕等特點，在水泥固化泥漿時能夠起到聯結的作用，提高水泥土的抗壓和剪切強度，可以應用于公路護坡、填筑路基、建筑物的非承重填充墻。

2)在水泥固化土中加入其他添加劑，例如生石灰、砂子或其他復合材料等。

通過幾種不同添加劑與水泥固化土進行配比，可以更有效地發揮添加劑的作用，增強固化泥漿的強度，以達到廢棄泥漿再利用的目的。

[1] 胡承熊,馬華濱.京滬高速鐵路廢棄泥漿處理現場試驗[Z].

[2] 馬 娟,屈撐囤,李 珊,等.廢棄泥漿無害化處理的研究與展望[J].遼寧化工,2014,43(9):1190-1191.

[3] 彭 園,楊 旭,孫長健.廢棄泥漿無害化處理方法研究[J].環境科學與管理,2007,32(4):102-104.

[4] 席 社.鐵路橋梁施工廢棄泥漿處理的實用技術研究[J].環境工程,2012(7):132-134.

[5] 張欽喜,陶 韜,王曉杰,等.鉆孔灌注樁廢棄泥漿處理的試驗研究[J].水利學報,2015,46(6):40-45.

[6] 房 凱,張忠苗,劉興旺,等.工程廢棄泥漿污染及其防治措施研究[J].巖土工程學報,2011,33(10):238-241.

[7] 江建斌,祝宏文,張云達.上海地區鉆孔灌注樁廢棄泥漿處理工藝研究[J].建筑施工,2016,33(6):770-772.

[8] 蔣玉坤,郭 飛,丁 燁,等.廢棄泥漿處理方法的總結與展望[J].西部探礦工程,2010(3):53-54.

[9] 黃 新,寧建國,郭 曄,等.水泥含量對固化土結構形成的影響研究[J].巖土工程學報,2006,28(4):436-441.

Experimentalstudyonreuseofwasteslurryofboredpile

MuLichun1,2YuDianbo1CaiZongpeng1

(1.ShandongDejianGroupCo.,Ltd，Dezhou253003,China； 2.QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao266033,China)

In view of fhe waste slurry produced by bored pile construction, take cement as curing material, under the condition of different cement content, a standard cube specimen with a side length of 100 mm is used to carry out unconfined compressive strength test. The strength development of cement stabilized waste slurry under different mixing ratio is analyzed and compared. The test results show that the cement solidified slurry has a certain strength and can be used as foundation cushion. The utility model can be used as a method for treating waste mud.

slurry, cement, solidify, strength

TU473.1

：A

1009-6825(2017)24-0176-02

2017-06-14

穆立春(1979- )，男，高級工程師，一級結構工程師，在讀工程碩士