(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

1 引 言

河道疏浚問題一直是我國河道整治的重要難題。為保證河道正常運行，國內近年來進行了大量的河道清淤工程，從而產生了大量的工程淤泥，而對于大面積的淤泥常采用修剪排泥堆場的方法，集中收集淤泥，使淤泥自然干化[1]。但這種方法由于底泥與周圍環(huán)境直接接觸，易造成二次污染，存在著較大弊端。生態(tài)治理理念旨在保護環(huán)境的前提下，最大程度治理污染，已是現如今治污清淤領域的必然發(fā)展趨勢[2]。淤泥固化技術近年來被廣泛應用于河道清淤疏浚工程中，常用的淤泥固化技術主要包括物理方法、熱處理方法和化學方法3大類[3-4]，前兩類由于其投資較大，導致應用受限。淤泥固化技術的主要原理是:通過在高孔隙率的淤泥中加入固化材料，使固化材料與淤泥之間發(fā)生化學反應，最終形成膠凝結構，使淤泥變?yōu)橥凉げ牧?，達到資源再利用的目的[5]。但淤泥固化技術對不同河道淤泥類型，所要求的固化材料的用量不同，因此通過試驗研究河道最優(yōu)淤泥固化技術具有重要的現實意義。

2 試驗設計

該研究選取的淤泥物理指標及淤泥顆粒級配情況分別見表1和表2。在不同梯度水泥摻加量下設置不同石膏摻加量梯度，確定不同固化材料含量下對淤泥固化特性指標的影響，不同石膏摻加量以石膏摻入比來確定。所謂石膏摻入比指的是石膏摻加質量與水泥摻加質量的比值。試驗共設置3個不同梯度水泥摻入量，分別為每立方米淤泥摻加30kg、50kg和70kg，設置6個不同梯度的石膏摻入比，分別為0、10%、20%、30%、40%和50%，用不同石膏摻入比的淤泥制作試驗試塊，分別測定其養(yǎng)護7d和28d時的抗壓強度，研究不同石膏摻入比對淤泥固化形成機理，找出最優(yōu)石膏摻入比。

表1 淤泥基本物理性質參數

表2 淤泥顆粒組成

3 結果與分析

3.1 不同石膏摻入比對淤泥固化強度的影響

圖1為不同石膏摻入比和不同水泥摻入量下，淤泥7d和28d的固化強度對比。圖1顯示，高的石膏摻入比并未帶來高的淤泥固化強度，不同水泥摻入量下，淤泥固化強度均隨石膏摻入比的增大呈先增大后減小的趨勢。在石膏摻入比為30%時，3種水泥摻入量下的淤泥固化強度均達到最高值，7d固化強度分別提高了44.3%、49.7%和62.6%，28d固化強度分別提高了46.9%、47.5%和60.3%。同時，隨著水泥用量的提高，淤泥固化強度呈增加趨勢，水泥摻入量為70kg時，淤泥7d、28d固化強度在不同石膏摻入比下均達到最高值，因此水泥摻水量為70kg，石膏摻入比為30%時，淤泥強度達最高值。

圖1 不同石膏摻入比對淤泥固化強度的影響

3.2 不同石膏摻入比對淤泥固化增強系數的影響

圖2為不同石膏摻入比和不同水泥摻入量，對淤泥7d和28d固化增強系數的影響。圖2顯示，不同處理的淤泥固化增強系數對石膏摻入比的增加呈先增加后減少的趨勢。淤泥7d固化系數普遍低于28d固化系數，其中淤泥7d固化系數在石膏摻入比為10%時，水泥摻入量越低，其固化系數越高，隨著石膏摻入比的增加，水泥摻入量越大，淤泥固化系數越高；淤泥28d強度下，水泥摻入量為30kg和50kg的淤泥固化系數基本一致，而水泥摻入量為70kg的淤泥固化系數顯著提高，較其余處理淤泥固化系數最大提高了63.8%，提高明顯，因此水泥摻入量為70kg，對應石膏摻入比為30%時，淤泥7d和28d固化增強系數均最高。

圖2 不同石膏摻入比對淤泥固化增強系數的影響

3.3 淤泥固化機理分析

水泥固化淤泥的基本原理是通過水泥的水化作用，形成水化產物，與淤泥顆粒形成膠結結構，從而增加淤泥強度，具體反應公式如下：

水泥水化反應的主要產物為氫氧化鈣、水化硅酸鈣等，其水中的溶解度較高，與水發(fā)生反應后，使水泥顆粒重新與水接觸，進一步進行水化反應。水達到飽和后，不再溶解，反應物以膠體顆粒的形式析出，形成膠結結構，增加淤泥強度。

由于單純的僅靠水泥水化反應產生的水化硅酸鈣固化淤泥時，其填充淤泥顆粒之間孔隙的效率較低，而在反應中添加石膏之后，其余水泥發(fā)生反應形成鈣礬石，鈣礬石遇水膨脹，使固化淤泥的孔隙率減小，彌補了水化硅酸鈣的不足，進一步促進了淤泥固化。但由于鈣礬石的膨脹作用可增加淤泥強度，但無法增加其膠結性能，因此鈣礬石的功能具有兩重性，過量的施加石膏將降低最終淤泥固化強度。本研究發(fā)現：在石膏摻入比為30%時，淤泥固化強度最高；在石膏摻入比為40%和50%時淤泥固化強度反而降低，驗證了需提供最佳石膏摻入比的結論，因此為達到最優(yōu)淤泥固化強度，需保持水泥摻入量和石膏摻入比的合適比例；當水泥摻入量為70kg，石膏摻入比為30%時，淤泥的固化強度最高。

4 結 語

本文通過試驗研究的方法，分別設置30kg、50kg和70kg的水泥摻入量，分別對應0、10%、20%、30%、40%和50% 6種石膏摻入比，比較了不同處理對淤泥7d、28d固化強度與固化增強系數的影響，指出在水泥摻入量為70kg，石膏摻入比為30%時，淤泥7d、28d固化強度與固化增強系數最高，可作為淤泥固化的標準技術。但本研究水泥摻入量只設置了3種不同梯度的水泥用量，今后的研究應多設置幾組水泥摻入量的水平，得出最優(yōu)的水泥摻入量，為淤泥固化技術的構建提供基礎。

參考文獻

[1] 陶琛杰，顧曉惠，周健.淺析河湖生態(tài)清淤及淤泥固化技術的研究與運用[J].江蘇水利，2014(7)：42-44.

[2] 馬丹.生態(tài)治理技術在大凌河朝陽段的應用研究[J].水利規(guī)劃與設計，2017(5)：84-86,145.

[3] 唐曉武.超軟弱廢棄土的基本性質及其利用[C].第一屆全國環(huán)境巖土工程與土工合成材料技術研討會文集，杭州：浙江大學出版社，2002：81-87.

[4] 黃英豪，朱偉，董嬋，等.固化淤泥結構性力學特性的試驗研究[J].水利學報，2014，45(S2)：130-136.

[5] 丁建文，張帥，洪振舜，等.水泥—磷石膏雙摻固化處理高含水率疏浚淤泥試驗研究[J].巖土力學，2010，31(9)：2817-2822.