淺談水泥固化在工程淤泥處理中的應用

喬慶浩　吳惠賢　方政　趙坤

摘要：本文提出采用水泥固化淤泥的處理方式解決工程中出現的淤泥存在的缺陷，介紹了物理、高溫溶解和化學三種固化方法，闡述了水泥固化的化學機理，并提出復合摻加粉煤灰、硅灰、礦渣粉、石灰等代替部分水泥來改善固化土的性質。

關鍵詞：水泥固化;淤泥;作用機理

1? 前言

在工程建設過程中，包括平整場地、基坑圍護以及土方回填等階段，如果遇到淤泥則會成為十分棘手的問題。這是因為淤泥自身存在含水率高、壓縮性大、強度低等缺陷，導致其不能直接用作工程支護和回填用土[1]，目前最常采用的處理方式有挖運至相應場地堆積，但這也造成了占用土地資源和影響環境等問題。

目前，隨著國家對環保要求的日益提高，如果能夠對工程中出現的淤泥進行固化處理，使其滿足工程填土要求，這不僅實現了廢棄資源的再次利用，而且減小了淤泥占用土地資源等對環境造成的不利影響。

2? 固化處理方法

淤泥固化處理是指通過一些物理化學等方式，使得淤泥的物化性質和力學性能得到改善，使固化土具備一定的承載力，滿足工程用土的要求[2]。目前固化淤泥處理技術主要包括物理、高溫溶解和化學三類[3]。

2.1? 物理脫水固化

物理脫水固化指通過晾曬蒸發或機械作用去掉淤泥中多余的水分。但晾曬占用大量的場地，天氣情況影響固化處理的效果，機械脫水設備的價格較高，效率較低。

2.2? 高溫熔解燒結

高溫溶解燒結是將淤泥高溫煅燒、脫水，使得分解有機物后的土體顆粒間產生有效的粘合，熔解無機成分后的土體顆粒具備一定的強度[4]。該處理方式需在特定的工廠內進行，設備投入大，且需將淤泥運輸到工廠也帶來了成本的增加。

2.3? 化學固化

化學固化是將具有膠凝作用的材料加入淤泥，充分攪拌使之與淤泥中含有的大量水分發生化學反應。反應生成的大量的膠結物質，依附于土體顆粒表面，填充于顆粒之間的空隙，使土體結構更為密實，從而增加了固化土的穩定性以及強度。化學固化的優點有：操作簡單，固化材料凝結硬化速度較快，使得土壤回填的工期縮短，壓縮了施工成本;同時具備大規模固化淤泥的條件。此外，若復合摻加粉煤灰、硅灰、礦渣等工業廢料替換主要固化材料，可降低處理成本，同時通過對工業廢料的二次利用，帶來了一定的環境效益。

3? 水泥固化機理

固化材料的種類及用量都會對固化淤泥的效果產生影響，其中水泥是最為常用的固化膠凝材料，普遍運用于淤泥的固化處理當中。大量研究表明，水泥固化可有效降低淤泥的含水率，減小土體顆粒的空隙和可壓縮性，增大粘聚力和抗剪強度。

水泥固化淤泥屬于化學固化的一種，主要分為水化和凝結兩個過程，水泥添加量較大時可能還存在硬化過程[5]。水泥中的氧化鈣和二氧化硅等，與淤泥中的水發生水化反應，生成Ca（OH） 2和水化硅酸鈣等水化產物。隨著水化反應的繼續，所形成的水化硅酸鈣等與淤泥中的顆粒物相互交織凝結，改變和重組了土體顆粒的排列方式和結構，導致淤泥失去流動性，發生硬凝反應和團粒化作用等，持續增加固化土的強度。

水泥水化產物是固化土強度最主要的來源[6]，起到了骨架支撐作用。還可以通過摻加粉煤灰、硅灰、礦渣粉等的輔助固化膠凝材料，進一步改善固化土的強度等特征。而Ca（OH） 2參與了離子吸附交換和團粒化作用，使得土體顆粒之間形成了穩定的團粒結構，對水化產物的骨架起到了填充、粘連作用[7]，從而增加了固化土的穩定性和強度。

4? 總結

4.1? 通過水泥固化的處理，降低了淤泥的含水率，增強了其強度、改善了其穩定性，使得其結構更為密實，有效改善了淤泥的諸多缺陷，使得固化土滿足工程回填土的要求;

4.2? 為了進一步改善固化土的性能，還可以復合摻加諸如粉煤灰、硅灰、礦渣粉、石灰等膠凝材料代替部分水泥來改善固化土的性質，不僅可以縮短淤泥固化的時間，提高固化土早期強度，增加固化淤泥的耐久性，還使得工業廢料資源得到再利用。

參考文獻：

[1]朱偉，劉漢龍，高玉峰.工程廢棄土的再生資源利用技術[J]. 再生資源研究， 2001（06）： 32-35.

[2]陳萌，楊國錄，徐峰，魏紅艷.淤泥固化處理研究進展[J]. 南水北調與水利科技， 2018， 16（05）： 128-138.

[3]季冰，肖許沐，黎忠.疏浚淤泥的固化處理技術與資源化利用[J]. 安全與環境工程，2010， 17（02）： 54-56.

[4]趙慶祥.污泥資源化技術[M]. 北京：化學工業出版社， 2002.

[5]李木桂，張培進.水泥固化淤泥用作路基填料的不利影響分析[J].廣州環境科學，2018，33（02）： 23-27.

[6]程福周，雷學文，孟慶山，李享，王帥.水泥及其外加劑固化淤泥的試驗研究[J]. 建筑科學，2014，30（09）：51-55.

[7]蒲凡，詹樹林，賴俊英.NaOH對固化海涂淤泥強度和變形特性的影響研究[J].新型建筑材料， 2011， （5）： 9-12.