絮凝-固化-真空預(yù)壓聯(lián)合處理廢棄淤泥（漿）試驗(yàn)研究

摘要"絮凝調(diào)理和化學(xué)固化改性處理能改善高含水率淤泥初始不良工程特性，將廢棄淤泥（漿）資源化利用為路堤填料對淤泥強(qiáng)度有一定要求。已有研究證實(shí)了絮凝-固化-真空預(yù)壓聯(lián)合法（VP-FSCM）可以有效處理高含水率淤泥漿（含水率gt;300%），且處理后的淤泥強(qiáng)度滿足路堤填料需求。通過室內(nèi)模型箱試驗(yàn)探索VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥（含水率約為150%～300%）的可行性和高效性；優(yōu)化VP-FSCM工藝在處理淤泥中的外加劑配方（類型和摻量等）。試驗(yàn)結(jié)果表明：VP-FSCM處理廢棄淤泥后土體28 d不排水抗剪強(qiáng)度為絮凝-固化法（FSCM）處理廢棄淤泥后的2.76倍，證實(shí)了VP-FSCM處理廢棄淤泥的高效、可行性。沉降脫水和力學(xué)等特性分析結(jié)果表明，VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥的最佳外加劑種類為水泥（OPC）、高爐礦渣（GGBS）、生石灰（CaO）和聚丙烯酰胺（PAM），且最優(yōu)摻量分別為5.0%、5.0%、1.5%、0.12%；在最佳外加劑類型和摻量條件下，真空壓力越高，處理后的廢棄淤泥不排水抗剪強(qiáng)度越高，養(yǎng)護(hù)后含水率越低。

關(guān)鍵詞"廢棄淤泥;"絮凝;"固化;"真空預(yù)壓;"抗剪強(qiáng)度;"含水率

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城鄉(xiāng)一體化建設(shè)進(jìn)程加快，生態(tài)治理及配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)持續(xù)推進(jìn)。各類工程施工必然會帶來巨量的廢棄淤泥（漿）（含水率為150%～300%）^[1-2]。這些廢棄淤泥以深色為主，含較多黏土細(xì)顆粒，具有強(qiáng)度低、承載力小、壓縮性高、滲透系數(shù)小、有機(jī)質(zhì)含量高等不良工程特性，難以直接被資源化利用^[2-3]。考慮到各大城市的淤泥堆場逐漸超負(fù)荷，且中粗砂石等理想填料日益短缺，一種合理的雙贏處理方式應(yīng)運(yùn)而生——通過摻入外加劑將巨量廢棄淤泥進(jìn)行改性處理，轉(zhuǎn)化成路堤填料，近距離消納，以達(dá)到資源化利用目的。具體實(shí)施過程為：將廢棄淤泥泵送至堆場中脫水，經(jīng)過一段時(shí)間的自然風(fēng)干或人工干化技術(shù)（如真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓或電滲固結(jié)等）^[4-5]進(jìn)一步脫水處理后，摻入固化劑進(jìn)行改性處理，使其成為具有一定強(qiáng)度的路堤填料^[6]，最終實(shí)現(xiàn)大體量廢棄淤泥的減量化與資源化。

既有研究表明，純水泥固化法處理高含水率淤泥漿的固化效率較低^[7-8]，處理后的淤泥難以滿足路堤填料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，需要尋求更為合適的外加劑類型，以改進(jìn)傳統(tǒng)純水泥固化工藝。鑒于此，基于污泥常規(guī)絮凝調(diào)理技術(shù)^[9-10]、傳統(tǒng)水泥固化技術(shù)^[11-12]和傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)^[13-14]，提出一種有效處理高含水率疏浚淤泥漿的新方法，即絮凝-固化-真空預(yù)壓聯(lián)合法（VP-FSCM）^[6，15]。該方法實(shí)施流程為：在淤泥漿中先后加入固化劑（如水泥OPC）和絮凝劑（如聚丙烯酰胺PAM），并結(jié)合真空預(yù)壓處理淤泥。其中，絮凝劑的絮凝調(diào)理作用改變土體與水泥顆粒結(jié)構(gòu)排布，并使得土體與水泥顆粒接觸更為緊密，宏觀上促進(jìn)淤泥的物理沉積/固結(jié)過程；隨后伴隨著土體與水泥顆粒的緊密排列，水泥的化學(xué)膠結(jié)作用變得更有效；最后聯(lián)合真空預(yù)壓促進(jìn)淤泥中“物理沉積/固結(jié)-化學(xué)固化耦合過程”向更有利的方向發(fā)展，從而大幅提高處理淤泥的晚期強(qiáng)度。前期試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)證實(shí)了VP-FSCM處理高含水率疏浚淤泥漿的可行性和高效性^[6，15]。從本質(zhì)上講，VP-FSCM處理淤泥包含絮凝劑的絮凝調(diào)理、固化劑的化學(xué)膠結(jié)和真空預(yù)壓的加速脫水三重耦合作用。為更好地協(xié)同促進(jìn)這三方面作用，在實(shí)際工程中應(yīng)用VP-FSCM工藝處理淤泥時(shí)，本著高效廉價(jià)理念，需要優(yōu)化外加劑（絮凝劑和固化劑）配方和確定合適的真空預(yù)壓施工參數(shù)。

固化劑的配方優(yōu)化主要考慮固化成本、固化效率和環(huán)境成本。近年來，學(xué)者們嘗試?yán)霉I(yè)廢渣等固體廢棄物替代傳統(tǒng)固化劑（水泥和石灰等），并就此開展研究。例如，孫秀麗等^[16]試驗(yàn)結(jié)果表明，用堿激發(fā)高爐礦渣替代部分OPC固化淤泥，不僅可以顯著提升其力學(xué)性能，還能穩(wěn)定固化重金屬污染土；Jongpradist等^[17]研究表明，改性粉煤灰摻入或替代部分水泥后，固化軟土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和彈性模量均有所提高。絮凝劑的配方優(yōu)化也主要考慮絮凝成本、絮凝調(diào)理效率和環(huán)境成本。常見絮凝劑類型包括：無機(jī)類（AlCl₃、CaO等）、合成高分子類（聚丙烯酰胺PAM等）、天然高分子類（殼聚糖等）和微生物類^[18-19]，其中應(yīng)用最廣泛的是AlCl₃、CaO等無機(jī)絮凝劑和PAM類有機(jī)絮凝劑。例如，孫雨涵等^[20]利用陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）和聚合氯化鋁（PAC）處理天津、連云港兩地高濃度淤泥質(zhì)土，發(fā)現(xiàn)CPAM+PAC組合能有效使吹填混合淤泥形成膠體物質(zhì)并沉降，泥水分離界限明顯；He等^[21]針對不同類型和劑量PAM對疏浚泥漿進(jìn)行脫水試驗(yàn)，結(jié)果表明，陰、陽離子聚丙烯酰胺（APAM和CPAM）的脫水處理效果都較好；Cai等^[22]和Wang等^[23]將絮凝調(diào)理和真空預(yù)壓相結(jié)合，在豎直排水板保持一定的真空壓力時(shí)向疏浚淤泥中添加APAM和氫氧化鈣組成的復(fù)合絮凝劑，將結(jié)合水轉(zhuǎn)化為游離水，達(dá)到脫水目的。

筆者擬通過室內(nèi)模型箱試驗(yàn)探索VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥（含水率為150%～300%）的可行性和高效性，優(yōu)化VP-FSCM工藝在處理淤泥中的外加劑配方（類型和摻量等），并在試驗(yàn)優(yōu)選出的最佳外加劑類型和摻量條件下，設(shè)置不同真空壓力梯度，探究其對處理后淤泥的沉降脫水特性和力學(xué)特性產(chǎn)生何種影響。

1"試驗(yàn)內(nèi)容

1.1"試驗(yàn)材料

試驗(yàn)土樣取自蘇州常熟某生態(tài)環(huán)保清淤工程中的廢棄淤泥，室內(nèi)測定的廢棄淤泥基本物性參數(shù)如表1所示，其天然含水率為液限的2倍，處于流塑狀態(tài)。根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）^[24]塑性圖分類，淤泥液限wLlt;50%且IPlt;0.73（wL?20），同時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量mOlt;5%，該廢棄淤泥屬于低液限粉土（ML）。表2給出了廢棄淤泥的粒徑特征值，淤泥的砂粒、粉粒、黏粒和膠粒分別為4.24%、84.45%、11.31%，由于淤泥級配指標(biāo)不均勻系數(shù)Cugt;5，曲率系數(shù)Cc位于1～3范圍內(nèi)，因此，本試驗(yàn)廢棄淤泥屬于級配良好的土質(zhì)^[25]。

試驗(yàn)所用固化劑共3種：水泥（OPC）、高爐礦渣（GGBS）、粉煤灰（FA）。水泥為425標(biāo)號的普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)組成以CaO、SiO₂和Al₂O₃為主，占比分別為59.71%、22.92%、6.09%。高爐礦渣為上海微神新型建材有限公司生產(chǎn)的500目粒化高爐礦渣粉，其化學(xué)組成同樣以CaO、SiO₂和Al₂O₃為主，占比分別為36.88%、30.64%、15.28%。粉煤灰來自河北靈壽縣某發(fā)電廠，為灰褐色，其化學(xué)組成以SiO₂和Al₂O₃為主，占比分別為57.98%、30.42%。

根據(jù)前期對10余種無機(jī)絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑綜合比選結(jié)果^[6，15]，試驗(yàn)絮凝劑選擇2種無機(jī)絮凝劑（生石灰CaO、聚合氯化鋁PAC）和1種有機(jī)絮凝劑（聚丙烯酰胺PAM）。生石灰采用精細(xì)石灰粉，含鈣量為95%左右。聚合氯化鋁為白色，是介于AlCl₃和Al（OH）₃之間的一種水溶性無機(jī)高分子聚合物。聚丙烯酰胺選用分子量為1 600萬～1 800萬的AN926SHUC型法國愛森陰離子聚丙烯酰胺。

1.2"試樣制備與強(qiáng)度測定

開展VP-FSCM處理廢棄淤泥室內(nèi)模型試驗(yàn)，如圖1所示。其制備試樣、養(yǎng)護(hù)試樣和測定強(qiáng)度、測定排水量和測定養(yǎng)護(hù)后含水率操作流程與文獻(xiàn)[15]中一致。詳細(xì)步驟為：

1）淤泥試樣制備前，將PAM固體顆粒與水按質(zhì)量比1：500混合溶解，配成PAM溶液待用。

2）取適量廢棄淤泥置于攪拌機(jī)內(nèi)，按照淤泥的天然含水率和設(shè)計(jì)配合比計(jì)算出需要添加的水加入其中，機(jī)械均勻攪拌3 min，配制成淤泥漿備用。其中攪拌設(shè)備采用B80大型攪拌機(jī)，基本參數(shù)：料桶容量80 L，轉(zhuǎn)速288 r/min，額定輸入功率3.0 kW。

3）將稱量完成的設(shè)定劑量的固化劑（OPC、GGBS或FA）和絮凝劑（CaO和PAC（如有需要））加入淤泥漿試樣中，機(jī)械快速攪拌2 min，然后人工使用刮刀清除桶壁等“攪拌死角”，再機(jī)械攪拌1 min，制備成“淤泥-固化劑-無機(jī)絮凝劑”混合漿液。

4）如有需要，取設(shè)定劑量的有機(jī)絮凝劑PAM溶液加入“淤泥-固化劑-無機(jī)絮凝劑”混合漿液中，以90 r/min的速度機(jī)械勻速攪拌，直至開始出現(xiàn)絮團(tuán)。然后以60 r/min的速度人工勻速攪拌，待產(chǎn)生大量絮團(tuán)且上層清液基本無黏性時(shí)（表明PAM大部分已與土顆粒發(fā)生反應(yīng)）停止攪拌，制備成“淤泥-固化劑-絮凝劑”混合漿液。

5）將步驟4）制備的“淤泥-固化劑-絮凝劑”混合漿液緩慢倒入真空預(yù)壓模型箱（見圖1）中，使用刮刀將試樣表面修整抹平，以減小不均勻自重應(yīng)力產(chǎn)生的誤差。

6）將真空預(yù)壓模型箱與抽濾瓶、真空泵組裝連接（見圖1），然后按設(shè)定的真空壓力進(jìn)行真空預(yù)壓試驗(yàn)，持續(xù)抽滿4 h為止。在此步驟中需要同時(shí)記錄每組工況試樣排水量隨抽濾時(shí)間的變化和試樣表面沉降量隨抽濾時(shí)間的變化。

7）達(dá)到預(yù)定養(yǎng)護(hù)齡期后，使用自制小型取樣器分層取樣，每組試驗(yàn)工況均有一組平行試樣，每個(gè)養(yǎng)護(hù)齡期均設(shè)4個(gè)測點(diǎn)^[15]，最后使用十字板剪切儀測定試樣的不排水抗剪強(qiáng)度，并取樣測定試樣養(yǎng)護(hù)后的含水率。

1.3"試驗(yàn)工況

取廢棄淤泥的等效初始含水率w_ei（指淤泥所含水質(zhì)量和PAM溶液所含水的質(zhì)量之和與干土質(zhì)量之比）為180%。控制固化劑（OPC、GGBS、FA）總量與干土質(zhì)量之比為10%。控制無機(jī)絮凝劑CaO總量為1.5%，將無機(jī)絮凝劑PAC和有機(jī)絮凝劑PAM分別與CaO搭配，擇優(yōu)選出復(fù)合絮凝劑類型，其中，PAC和PAM摻量分別固定為1%和0.12%。此外，真空壓力w_P設(shè)置了0、20、40、60 kPa不同梯度，擬探究不同真空壓力對VP-FSCM工藝處理后淤泥的沉降脫水特性和力學(xué)特性產(chǎn)生何種影響。除了對照組工況A₀和D₁外，其余工況均采用薄膜密封的方式進(jìn)行密封（見圖1）。所有試驗(yàn)工況的養(yǎng)護(hù)齡期均為7、14、21、28 d。

廢棄淤泥試樣工況配比試驗(yàn)方案如表3所示，其中工況A₀和D₁為絮凝-固化聯(lián)合法（FSCM）處理組，旨在通過分別與工況A₁和D₄試樣對比論證VP-FSCM相比FSCM處理廢棄淤泥的可行性和高效性；工況A₁～A₂、B₁～B₂、C₁～C₂為VP-FSCM處理組，6組工況中選用了3種固化劑搭配和2種絮凝劑搭配，旨在尋找出處理廢棄淤泥的最佳外加劑種類和最優(yōu)摻量，也即擬進(jìn)一步優(yōu)化VP-FSCM工藝在處理淤泥中外加劑的配方；工況D₁～D₄中真空壓力不同，分別為0、20、40、60 kPa，擬探究不同真空壓力對VP-FSCM工藝處理后淤泥的沉降脫水特性和力學(xué)特性產(chǎn)生何種影響。

2"試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1"VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥的可行性分析

2.1.1"VP-FSCM相比FSCM處理淤泥強(qiáng)度的優(yōu)勢

室內(nèi)模型試驗(yàn)證實(shí)了VP-FSCM工藝可以高效處理高含水率淤泥漿（含水率gt;300%），并將其轉(zhuǎn)化為路堤填料，進(jìn)行資源化利用。尚需論證VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥（含水率為150%～300%）的可行性。圖2顯示了采用FSCM（工況A₀和D₁）或VP-FSCM（工況A₁和D₄）處理廢棄淤泥的不排水抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的變化曲線。圖2表明：1）FSCM（工況A₀和D₁）處理廢棄淤泥不排水抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加增長不明顯，發(fā)展趨勢較為緩慢，28 d養(yǎng)護(hù)齡期下強(qiáng)度最高不超過25 kPa。2）試驗(yàn)工況A₁和D₄采用VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥，其不排水抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期增長顯著增加，28 d養(yǎng)護(hù)齡期下的不排水抗剪強(qiáng)度約為FSCM（工況A₀和D₁）處理組的2.76倍，強(qiáng)度達(dá)65 kPa，再次證實(shí)了VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥的可行性和高效性，與前期試驗(yàn)結(jié)論一致^[6，"15]。

2.1.2"VP-FSCM相比FSCM處理淤泥養(yǎng)護(hù)后含水率的優(yōu)勢

試樣的含水率是影響強(qiáng)度發(fā)展的重要指標(biāo)，通過測定研究試樣的養(yǎng)護(hù)后含水率，也可以側(cè)面解釋上述強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。圖3顯示了FSCM和VP-FSCM處理廢棄淤泥養(yǎng)護(hù)后含水率隨養(yǎng)護(hù)齡期變化規(guī)律曲線，從圖3可以看出：1）相比FSCM，VP-FSCM處理廢棄淤泥可以顯著降低其養(yǎng)護(hù)后含水率，主要與前期4 h的真空預(yù)壓作用有關(guān)，抽濾4 h結(jié)束后，試樣的含水率出現(xiàn)懸崖式降低，主要?dú)w因于真空預(yù)壓協(xié)同絮凝調(diào)理作用排出了大量水分。2）FSCM（工況A₀和D₁）處理組養(yǎng)護(hù)后含水率變化規(guī)律基本一致；VP-FSCM（工況A1和D4）處理組養(yǎng)護(hù)后含水率變化規(guī)律也相差不大。由于A組和D組試驗(yàn)工況固化劑種類不一樣，分別為“10%摻量的OPC”和“5%摻量的OPC+5%摻量的GGBS”，說明試樣的養(yǎng)護(hù)后含水率與廢棄淤泥的處理工藝相關(guān)性較大，與固化劑的種類相關(guān)性較小。

結(jié)合圖2和圖3結(jié)果分析，為促使廢棄淤泥的資源化利用，可以在FSCM工藝基礎(chǔ)上引入真空預(yù)壓（VP），即利用VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥可以滿足路堤填料的需求。其內(nèi)在機(jī)理在于真空預(yù)壓固結(jié)脫水作用協(xié)同促進(jìn)了絮凝劑調(diào)理作用和固化劑水化凝結(jié)作用，進(jìn)而提高了處理后廢棄淤泥的不排水抗剪強(qiáng)度。

2.2"VP-FSCM工藝中固化劑組合配方優(yōu)選

2.2.1"不排水抗剪強(qiáng)度

圖4為不同固化劑組合下VP-FSCM處理廢棄淤泥不排水抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期變化規(guī)律曲線，從圖4可知：1）在相同絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”條件下，工況A₁、B₁、C₁處理廢棄淤泥的不排水抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期變化趨勢保持一致，工況B₁對應(yīng)最高不排水抗剪強(qiáng)度，工況A₁其次，工況C₁對應(yīng)的不排水抗剪強(qiáng)度最低，說明這3種固化劑組合中最優(yōu)的固化劑種類和摻量為“5%摻量的OPC+5%摻量的GGBS”。2）在相同絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+1%摻量的PAC”條件下，工況A₂、B₂、C₂處理廢棄淤泥的不排水抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期變化規(guī)律與1）一致，即最優(yōu)的固化劑種類和摻量同樣為“5%摻量的OPC+5%摻量的GGBS”。表明相較于傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥，水泥堿激發(fā)礦渣復(fù)合固化劑在應(yīng)用VP-FSCM處理廢棄淤泥時(shí)有著顯著的固化優(yōu)勢。

2.2.2"養(yǎng)護(hù)后含水率

圖5為不同固化劑組合下VP-FSCM處理廢棄淤泥養(yǎng)護(hù)后含水率隨養(yǎng)護(hù)齡期變化規(guī)律，由圖5可看出：1）6組試驗(yàn)工況中養(yǎng)護(hù)后含水率變化趨勢保持一致。在進(jìn)行真空預(yù)壓4 h抽濾后，所有試樣的含水率陡降，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長，養(yǎng)護(hù)后含水率降低速率放緩。2）在相同絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”條件下，工況A₁、B₁、C₁處理廢棄淤泥的28 d養(yǎng)護(hù)后含水率分別為92.77%、87.66%、95.23%，結(jié)合圖4，最優(yōu)的固化劑種類和摻量為“5%摻量的OPC+5%摻量的GGBS”。3）在相同絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+1%摻量的PAC”條件下，工況A₂、B₂、C₂處理廢棄淤泥養(yǎng)護(hù)后含水率隨養(yǎng)護(hù)齡期變化規(guī)律與2）一致。

2.3"VP-FSCM工藝中絮凝劑組合配方優(yōu)選

2.3.1"沉降脫水特性

在真空預(yù)壓過程中，通過電子秤實(shí)時(shí)稱量抽濾瓶質(zhì)量變化并記錄實(shí)時(shí)沉降值（見圖1），繪制排水量和表面沉降量與抽濾時(shí)間變化關(guān)系曲線。圖6為不同絮凝劑組合下VP-FSCM處理廢棄淤泥的沉降脫水特性變化規(guī)律。

從圖6（a）可以看出：1）工況A₁、B₁、C₁（或工況A₂、B₂、C₂）處理廢棄淤泥的排水量隨抽濾時(shí)間變化規(guī)律趨勢基本保持一致，說明不同組合的復(fù)合絮凝劑對其產(chǎn)生較大影響。具體來說，在絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”下，在抽濾早期（0～120 min）土體總排水量增長較快，在抽濾晚期（120～240 min）趨于平穩(wěn)，說明此時(shí)土體中大部分自由水已經(jīng)被排出；在絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+1%摻量的PAC”條件下，處理后廢棄淤泥的排水量隨抽濾時(shí)間基本以恒定速率增加，說明此時(shí)需要更長時(shí)間的真空抽濾。2）不同固化劑組合對處理后廢棄淤泥的排水量隨抽濾時(shí)間變化趨勢影響不大。

從圖6（b）可以看出：1）工況A₁、B₁、C₁（或工況A₂、B₂、C₂）處理廢棄淤泥的表面沉降量隨抽濾時(shí)間變化規(guī)律趨勢基本保持一致，說明不同組合的復(fù)合絮凝劑對其產(chǎn)生較大影響。具體來說，在絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”條件下，在抽濾早期（0～50 min）土體表面沉降量增長較快，在抽濾晚期（50～240 min）趨于平穩(wěn)，說明在真空預(yù)壓作用下，前50 min基本完成了土體的進(jìn)一步加壓固結(jié)，4 h后表面沉降量約為75 mm；在絮凝劑組合“1.5%摻量的CaO+1%摻量的PAC”條件下，處理后廢棄淤泥的表面沉降量隨抽濾時(shí)間基本以恒定速率增加，說明此時(shí)需要更長時(shí)間的真空抽濾，4 h后表面沉降量約為44.6 mm。2）不同固化劑組合對處理后廢棄淤泥的表面沉降量隨抽濾時(shí)間變化趨勢影響不大。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，真空預(yù)壓不僅起到提高排水速率的作用，也能在試樣自重沉積的基礎(chǔ)上進(jìn)一步促進(jìn)淤泥中“物理沉積/固結(jié)-化學(xué)固化耦合過程”向更有利的方向發(fā)展，從而提高固化淤泥強(qiáng)度。VP-FSCM處理淤泥包含絮凝劑的絮凝調(diào)理、固化劑的化學(xué)膠結(jié)和真空預(yù)壓的加速脫水三重耦合作用，真空預(yù)壓的作用協(xié)同促進(jìn)了前兩者作用的發(fā)揮。

2.3.2"不排水抗剪強(qiáng)度

為進(jìn)一步證實(shí)VP-FSCM工藝在處理廢棄淤泥中最佳絮凝劑種類和最優(yōu)摻量為“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”。將圖4、圖5分別繪制成柱狀圖，見圖7和圖8。圖7為不同絮凝劑組合下VP-FSCM處理廢棄淤泥在不同齡期下的不排水抗剪強(qiáng)度柱狀圖，圖7表明：1）固定固化劑組合條件下，分別分析工況A₁與A₂、工況B₁與B₂、工況C₁與C₂處理廢棄淤泥的不排水抗剪強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)絮凝劑組合為“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”的工況組強(qiáng)度總高于絮凝劑組合為“1.5%摻量的CaO+1%摻量的PAC”。2）在絮凝劑組合為“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”條件下，固化劑組合為“5%摻量的OPC+5%摻量的GGBS”的工況B₁試樣不排水抗剪強(qiáng)度最高。

2.3.3"養(yǎng)護(hù)后含水率

圖8為不同絮凝劑組合下VP-FSCM處理廢棄淤泥在不同齡期下的養(yǎng)護(hù)后含水率柱狀圖，圖8表明：1）固定固化劑組合條件下，分別分析工況A₁與A₂、工況B₁與B₂、工況C₁與C₂處理廢棄淤泥的養(yǎng)護(hù)后含水率，發(fā)現(xiàn)絮凝劑組合為“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”的工況組含水率總低于絮凝劑組合為“1.5%摻量的CaO+1%摻量的PAC”。2）在絮凝劑組合為“1.5%摻量的CaO+0.12%摻量的PAM”條件下，固化劑組合為“5%摻量的OPC+5%摻量的GGBS”的工況B₁試樣養(yǎng)護(hù)后含水率最低。

2.4"真空壓力對VP-FSCM處理廢棄淤泥效率的影響分析

2.4.1"沉降脫水特性

在傳統(tǒng)的真空預(yù)壓處理吹填地基中，真空壓力一直是眾多學(xué)者研究的重點(diǎn)。為了更好地將VP-FSCM工藝應(yīng)用于工程中，在最優(yōu)外加劑種類和摻量條件下，將真空壓力作為控制變量，研究真空壓力對VP-FSCM處理廢棄淤泥效率的影響。圖9為不同真空壓力下VP-FSCM處理廢棄淤泥的沉降脫水特性。

從圖9（a）可以看出：1）工況D₂、D₃、D₄處理廢棄淤泥的排水量隨抽濾時(shí)間變化規(guī)律趨勢基本保持一致，說明真空壓力不會改變排水量隨時(shí)間變化規(guī)律趨勢。在抽濾早期（0～150 min）土體總排水量增長較快，抽濾晚期（150～240 min）趨于平穩(wěn)，說明此時(shí)土體中大部分自由水已經(jīng)被排出。2）不同真空壓力對土體排水量排出速率和總量產(chǎn)生較大影響，真空壓力越高，土體排水速率越快，總排水量越大，這一規(guī)律與傳統(tǒng)真空預(yù)壓法處理淤泥保持一致^[6，"13-15]。

從圖9（b）可以看出：1）工況D₂、D₃、D₄處理廢棄淤泥的表面沉降量隨抽濾時(shí)間變化規(guī)律趨勢雖然基本相同，但達(dá)到平穩(wěn)態(tài)的時(shí)間不一致，分別為240、110、50 min，且最終的表面沉降量數(shù)值也不一致。2）不同真空壓力對土體表面總沉降量有較大影響，真空壓力越高，土體表面沉降越大，說明真空預(yù)壓產(chǎn)生的加壓固結(jié)越明顯，因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，盡可能提高真空壓力，以促進(jìn)土體的排水固結(jié)，也即高真空壓力可以提升VP-FSCM處理廢棄淤泥的效率。

2.4.2"不排水抗剪強(qiáng)度

圖10為不同真空壓力下VP-FSCM處理廢棄淤泥不排水抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期變化規(guī)律，圖10表明：1）除對照組工況D₁外，不同真空壓力不改變不排水抗剪強(qiáng)度隨齡期變化規(guī)律趨勢，所有趨勢均為緩慢增長。2）真空壓力越高，不排水抗剪強(qiáng)度越大，例如養(yǎng)護(hù)28 d后工況D₂～D₄的不排水抗剪強(qiáng)度分別為50.21、59.62、66.47 kPa。這一規(guī)律與傳統(tǒng)真空預(yù)壓法處理淤泥保持一致^[6，"13-15]。

2.4.3"養(yǎng)護(hù)后含水率

事實(shí)上，真空壓力不僅對VP-FSCM處理廢棄淤泥的不排水抗剪強(qiáng)度有影響，對試樣的養(yǎng)護(hù)后含水率也存在影響。圖11為不同真空壓力下VP-FSCM處理廢棄淤泥養(yǎng)護(hù)后含水率隨養(yǎng)護(hù)齡期變化規(guī)律曲線。從圖11可以看出，隨著真空壓力的提升，試樣的養(yǎng)護(hù)后含水率也逐漸降低，說明真空壓力的提升有利于促進(jìn)淤泥排水。通過對比工況D₂～D₄與工況D₁發(fā)現(xiàn)，處理后的廢棄淤泥養(yǎng)護(hù)后含水率明顯降低，證實(shí)了VP-FSCM處理廢棄淤泥的可行性與有效性。

結(jié)合圖10和圖11可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行真空預(yù)壓時(shí)設(shè)定的真空壓力越高，養(yǎng)護(hù)后含水率越低，不排水抗剪強(qiáng)度越高，這與一般情況下淤泥的含水率越低強(qiáng)度越高的規(guī)律一致，原因在于提高真空壓力可以促進(jìn)淤泥絮凝調(diào)理而快速脫水，進(jìn)一步發(fā)揮固化劑功效，進(jìn)而提高土體的后期強(qiáng)度^[6，"13-15]。

3"結(jié)論

通過室內(nèi)模型箱試驗(yàn)，探索了VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥（含水率為150%～300%）的可行性和高效性；優(yōu)化了VP-FSCM工藝在處理淤泥中的外加劑配方（類型和摻量等），得到以下結(jié)論：

1）VP-FSCM處理廢棄淤泥后土體28 d不排水抗剪強(qiáng)度為FSCM處理廢棄淤泥后的2.76倍。

2）通過分析各種試驗(yàn)工況的沉降脫水特性和力學(xué)特性，得出用VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥的最佳外加劑種類為水泥（OPC）、高爐礦渣（GGBS）、生石灰（CaO）和聚丙烯酰胺（PAM），且最優(yōu)摻量分別為5%、5%、1.5%、0.12%。

3）在最佳外加劑類型和摻量條件下，真空壓力越高，處理后的廢棄淤泥不排水抗剪強(qiáng)度越高，養(yǎng)護(hù)后含水率越低。

4）實(shí)際工程中應(yīng)用VP-FSCM工藝處理廢棄淤泥時(shí)，可優(yōu)選出外加劑配方，并適當(dāng)提高真空壓力，以提高其處理效率。

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