【正文】 稱 盒加濕淤泥質(zhì)量，準(zhǔn)確至 ； 3）打開盒蓋，將試樣和盒一起放入烘箱內(nèi)，在溫度 80C0下烘至恒量。 固化劑來源 本試驗(yàn)所用主要固化劑：普通硅酸鹽水泥、粉 煤灰來源于望亭熱電廠，屬一級灰、建筑用石灰。 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)淤泥來源 試驗(yàn)所用淤泥來自月亮灣太湖疏浚淤泥堆場；淤泥試樣裝入塑料袋后置于塑料桶中，分六桶分裝，并標(biāo)號序號。 第 3 章 水泥、粉煤灰和石灰改性淤泥物理特性的研究 若要對改性淤泥的利用進(jìn)行推廣，就要充分的了解淤泥改性前與改性后的物理力學(xué)性質(zhì)的對比，并從中找出固化劑配比的合理配方。在下一階段的試驗(yàn)中，添加入石灰做激發(fā)劑。 石灰的固化機(jī)理 在上述的固化機(jī)理中，均提到了堿環(huán)境。根據(jù)這樣的原則 ,一般選用熟石灰 Ca(OH)2(堿激發(fā) )和芒硝 (Na2SO410H2O 粉煤灰中雖然含有大量的鋁硅酸鹽玻璃體 , 但是其中 SiO44聚合度高 ,結(jié)構(gòu)致密 ,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 ,其火山灰活性大部分是潛在的 ,活性發(fā)揮的速度非常緩慢。Al2O3氯鹽中的 Ca2+和 Cl擴(kuò)散能力較強(qiáng) ,能夠穿過粉 煤灰顆粒表面的水化層 ,與內(nèi)部的活性 Al2O3 反應(yīng)生成水化氯鋁酸鈣使水化物包裹層內(nèi)外滲透壓增大 ,并可能導(dǎo)致包裹層破裂 ,從而促進(jìn)了水化 [14]。有研究表明 ,在 OH的作用下 ,粉煤灰顆粒表面的 SiO 和AlO 鍵斷裂 , SiOA1 網(wǎng)絡(luò)聚合體的聚合度降低 ,而且 OH濃度越大 ,對 SiO 和AlO 鍵的破壞作用越強(qiáng) [13]。 常見的堿性激發(fā)劑有 NaOH,KOH,Na2SiO3 和 Ca(OH)2 等。 硫酸鹽對粉煤灰活性的激發(fā)主要是 SO42在 Ca2+的作用下 ,與溶解于液相的活性 Al2O3 反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣 AFt,即鈣礬石，部分水化鋁酸鈣也可與石膏反應(yīng)生成 Aft。 Ca2+是形成膠凝性水化物的必要條件 ,而由于粉煤灰與水泥相比 ,粉煤灰中含的 CaO 量非常低 , 所以在所有的激發(fā)方法中 ,首先必須提供充足的Ca2+ 。 雖然機(jī)械粉磨激發(fā)粉煤灰活性工藝簡單、成本較低 ,但是由于機(jī)械粉磨的激發(fā)效果隨粉煤灰粒徑的減小而呈指數(shù)下降 ,而且細(xì)磨粉煤灰對體系的強(qiáng)度貢獻(xiàn)主要來自顆粒優(yōu)化產(chǎn)生的形態(tài)效應(yīng) , 而對玻璃體表面破壞帶來的活性效應(yīng)還在其次 , 因此機(jī)械粉磨較適用于粗灰 ,對細(xì)灰的作用不是很明顯 ,難以較大幅度地提高粉煤灰的活性 [11]。根據(jù)粉煤灰的物理產(chǎn)生的來源可以機(jī)械球磨。 粉煤灰的化學(xué)活性指粉煤灰的火山灰性質(zhì) , 它來源于煤粉在高溫燃燒后收縮成球狀液珠后迅速冷卻而形成的玻璃體中可溶性的 SiO2, Al2O3,活性 SiO2, Al2O3 與石灰和水混合后能生成水化硅酸鈣 (CSH)和水化鋁酸鈣 (C A H)[10]。密實(shí)效應(yīng)是微集料效應(yīng)和火山灰 效應(yīng)的共同作用的表生晶相 ,填補(bǔ)水膜層和水泥骨架空隙 ,提高密實(shí)度。減水效應(yīng)也稱顆粒形態(tài)效應(yīng) ,主要是指粉煤灰中球形玻璃體起滾珠軸承作用 ,從而使摻粉煤灰體系的流動性提高 ,起減水作用 。 {8} (1)粉煤灰的活性來源 粉煤灰的活性一般包括物理活性和化學(xué)活性。 粉煤灰固化機(jī)理 粉煤灰是一種具有潛在活性的火山灰質(zhì)粉末 ,其化學(xué)成分以 SiO Al2O3及其它金屬氧化物為主。A12O3SiO2 2）硬凝反應(yīng) 隨著水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù)量超過離子交換需要量后，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三 氧化二鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的結(jié)晶化合物，增大固化土強(qiáng)度。 1）離子交換和團(tuán)?；饔? 淤泥和水結(jié)合時(shí)就表現(xiàn)一定 的膠體特性，如土中二氧化碳遇水后，形成膠體微粒，其表面帶有鈉離子或鉀離子，它們能和水泥水化生成的氫氧化鈣中鈣離子c 擴(kuò)十進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，從而使土體的強(qiáng) 度提高。當(dāng)溶液達(dá)到飽和后，水分子雖繼續(xù)滲入顆粒內(nèi)部，但新生成物不能再繼續(xù)溶解，只能以膠體析出，懸浮在溶液中。32H20)等化合物。 水泥水化反應(yīng)的生成物主要為氫氧化鈣，水化硅 酸鈣，水化鋁酸鈣，水化鐵酸鈣和鈣礬石 (CaO 水泥的水化反應(yīng)主要產(chǎn)物是氫氧化鈉、水化硅酸鈣，水化鋁酸鈣，水化鐵酸鈣等其他化合物。A12O3+32H20 一 6H2O +3CaO 水泥的水化反應(yīng)： 4CaOA12O3 3CaO2Si023H2O+3Ca(OH)2。 水泥固化機(jī)理 采用水泥固化淤泥的基本原理就是由于水泥的水解水化反應(yīng)以及水化產(chǎn)物以及淤泥顆粒與水化產(chǎn)物之間的膠結(jié)形成水泥 土骨架結(jié)構(gòu)，其具體反應(yīng)如下： （ 1）水泥的水解水化反應(yīng) {7} 普通的硅酸鹽水泥中的硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鋁酸四鈣等與水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，在淤泥中形成水泥石骨架； 水泥的水解反應(yīng)： 2()+6H2O 一 3CaO 淤泥固化機(jī)理 淤泥固化土的強(qiáng)度，就是通過固化反應(yīng)在含有大量空隙的松散土體中形成固化土的骨架節(jié)后，從而使其強(qiáng)度提高。 第 2 章 試驗(yàn)設(shè)備與淤泥固化機(jī)理 試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)中使用的主要設(shè)備與裝置有： （ 1） WG2 型雙聯(lián)固結(jié)儀 — 由南京土壤儀器廠生產(chǎn)（見下圖 21）； 圖 21 雙聯(lián)固結(jié)儀 （ 2） STYS1 型數(shù)顯液塑限聯(lián)合測定儀 — 由浙江土工儀器制造有限公司生產(chǎn)（見下圖 22）； 圖 22液、塑限聯(lián)合測定儀 （ 3） PB 602N Mettler Toledo 電子天平 max=610g d= e=； （ 4） 1012A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱 — 由上海申通實(shí)驗(yàn)電器聯(lián)營廠制造； （ 5）直剪儀 — 由南京土壤儀器廠生產(chǎn)（見下圖 23）； 圖 23 直剪儀 （ 6） BT9300H 激光粒度分布儀 — 由丹東市百特儀器有限公司生產(chǎn) (見下圖24)； 圖 24激光粒度分布儀 其他的工具還有：環(huán)刀（ 2cm， 30cm178。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行對假設(shè)的驗(yàn)證；讓理論上的猜想在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)中反映出來。 本次研究所選取的淤泥試樣來自太湖，也就是在太湖清淤工作中產(chǎn)生的淤泥。于是逐漸的在堤岸、碼頭的建設(shè)上，將改性淤泥作為填筑材料來使用，也確實(shí)收到了不錯(cuò)的效果。 研究的內(nèi)容與意義 本文研究內(nèi)容 （ 1）了解太湖疏浚淤泥處理現(xiàn)狀 （ 2）了解并分析太湖疏浚淤泥改性機(jī)理 （ 3）了解疏浚淤泥改性指標(biāo) （ 4）通過試驗(yàn)來確定影響疏浚淤泥物理力學(xué)特性的主要因素 （ 5）通過試驗(yàn)來了解改性后的淤泥力學(xué)性質(zhì) 研究的意義 我國在淤泥可利用化方面前行的不是很順利，正是技術(shù)的不系統(tǒng)性、制度的不完善性才導(dǎo)致 了目前的狀況。 例如，通往秦皇島某造船基地的馬路上，大量的重型大卡車來來往往，之前原本是一條爛泥塘，現(xiàn)在承載力能打到 15t/㎡的馬路是主要利用粉煤灰來修筑的。隨著我國對除塵、干燥技術(shù)的發(fā)展，電廠積極采用高效除塵裝置，對粉煤灰進(jìn)行脫水處理，使水分降低至 30%以下，為粉煤灰利用創(chuàng)造了條件。 粉煤灰、水泥具體運(yùn)用 我國以煤炭為主要能源，每年用煤量高達(dá)幾十億噸，目前電力大部分是由煤炭產(chǎn)生的。由于淤泥的孔隙比大 ,含水率高 ,所需添加的固化材料的量比較大。我過也正在對固化技術(shù)進(jìn)行研究，來解決我國疏浚淤泥的處理問題。正在建設(shè)的名古屋機(jī)場的填海工程就大量采用了固化處理后的名古屋港淤泥。用固化技術(shù)處理廢棄淤泥使其變?yōu)樵偕Y源在國外已得到廣泛的應(yīng)用 ,技術(shù)已比較成熟。顯然 ,化學(xué)固化處理通過固化材料的吸水作用可有效降低淤泥的含水率 ,另外 ,包裹著淤泥顆粒的凝結(jié)硬化殼可有效降低其中污染物質(zhì)的活性 ,從而起到一定的“減污”作用。 化學(xué)固化技術(shù)的原理是 :固化材料通過一系列的吸水、水解、水化反應(yīng) ,在淤泥顆粒表面產(chǎn)生膠凝物質(zhì) (水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等 ),形成不可逆轉(zhuǎn)的凝結(jié)硬化殼 ,使淤泥顆粒具備一定的水穩(wěn)定性和強(qiáng)度穩(wěn)定性。 采用化學(xué)固化方法對淤泥進(jìn)行處置 , 處理效率高、施工方便 , 且易于推廣應(yīng)用 , 如目前采用該技術(shù)對無錫長廣溪堆場淤泥進(jìn)行固化資源化利用已經(jīng)獲得了成功 {5}, 但化學(xué)固化方法處理淤泥的投資較大 , 因此開發(fā)適應(yīng)我國國情的淤泥固化處理設(shè)備和固化劑勢在必行。 綜上所述 , 采用物理晾曬方法處理淤泥 , 雖然施工簡單、處理成本低 , 但晾曬需占用大面積場地 , 而且易受天氣影響 , 而機(jī)械脫水設(shè)備價(jià)格較高、處理效率低 , 難以滿足大型疏浚工程的要求 , 目 前在國內(nèi)也未得到廣泛應(yīng)用 。顯然 , 化學(xué)固化處理不僅可以增大淤泥顆粒的粒徑 , 還可以通過固化材料的水化作用有效地降低淤泥的含水率。 ③ 化學(xué)固化 化學(xué)固化技術(shù)是向淤泥中添加固化材料 , 通過攪拌混合、養(yǎng)護(hù) , 使淤泥、水、固化材料之間發(fā)生一系列的水解和水化反應(yīng) , 在淤泥顆粒表面產(chǎn)生膠凝物質(zhì) , 使淤泥顆粒具備一定的水穩(wěn)定性和強(qiáng)度穩(wěn)定性。如蘇南運(yùn)河蘇州段疏浚工程就向當(dāng)?shù)氐母G廠提供淤泥60 多萬 m3 , 用于生產(chǎn)磚瓦 {2}。利用淤泥生產(chǎn)的生態(tài)水泥成本僅為普通水泥的 1/ 3, 但因原料不同而其化學(xué)成分、性能等有所不同 , 由于生態(tài)水泥含氯鹽較高 , 會使鋼筋銹蝕 , 一般主要用作地基的增強(qiáng)固化材料和素混凝土。輕 質(zhì)陶粒一般可作路基材料、混凝土骨料或花卉的覆蓋料 , 但由于成本和商品流通上的問題 , 還沒有得到廣泛應(yīng)用。 ②高溫溶解燒結(jié) 高溫溶解燒結(jié)處理是通過高溫處理 , 使疏浚淤泥脫水、有機(jī)成分分解、顆粒之間黏結(jié) , 或無機(jī)物發(fā)生溶解 , 然后再通過冷卻 , 使得淤泥熔合成具有相當(dāng)強(qiáng)度的固體顆粒 [3]。如在永定新河建閘的圍 堰工程中 , 由于外運(yùn)土料距離遠(yuǎn)、成本高 , 就采用土工織物袋高壓充填的方法建堰。但是由于疏浚工程產(chǎn)生的淤泥量巨大 , 普通脫水設(shè)備的價(jià)格較高 , 加之脫水效率較低 , 難以滿足大型疏浚工程要求 , 而且淤泥經(jīng)脫水后其含水率仍接近液限水平 , 還需要進(jìn)行二次處理才能滿足工程用土要求。但這種方法只適用于少量淤泥的處理 , 而且要有足夠的場地 , 同時(shí)受天氣的影響也很大 [2]。 ①物理脫水固結(jié) 物理脫水固結(jié)是指通過采用晾曬、機(jī)械脫水、袋充脫水的辦法去掉淤泥中多余的自由水。 國內(nèi)外淤泥處理方法簡介 淤泥原本自身的力學(xué)性質(zhì)，不能夠作為建筑材料或者填筑材料，所以可以通過物理改性、化學(xué)改性的方法，改變污泥的力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到使用要求。 在提倡可持續(xù)使用的當(dāng)今，資源變的極其的珍貴， 現(xiàn)有的資源不足以滿足人類以后的使用，只有不斷的創(chuàng)新，變廢為寶，才能獲得最大的經(jīng)濟(jì)利益，也能相應(yīng)的節(jié)省資源，保護(hù)現(xiàn)有的 環(huán)境。 現(xiàn)有研究成果 淤泥的可利用化是指運(yùn)用物理或者化學(xué)方法，改變淤泥的性質(zhì)，使得改性后的淤泥能作為土木工程的建筑材料，土地開挖填方材料、堤岸、碼頭的填方材料進(jìn)行使用。并在考慮經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的前提下，盡可能的發(fā)掘疏浚淤泥的資源化利用率，使其經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到進(jìn)一步提高。 國外在此方面有著先進(jìn)的技術(shù)，他們會對淤泥進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，將廢棄的淤泥變成可利用的土木工程施工材料。土地的不合理利用、將會使本就貧乏的土地資源更加貧乏；而在淤泥本身可能帶有 的污染物質(zhì)，將會對堆放土 地的周圍環(huán)境造成污染，甚至有的會影響到周圍的居民的正常生活，對此造成的損失不可估量。 淤泥處理的傳統(tǒng)辦法及分析 對于如此大量的廢棄土方，我國處理的主要辦法為就近棄土，就是征用閑置土地來堆放淤泥。錫地區(qū)對于太湖及其周邊湖泊的清淤工作也將產(chǎn)生大量的淤泥 [1]。例如西湖大規(guī)模底泥疏浚工程，將產(chǎn)生 260 萬 m179。 本文采用水泥、粉煤灰和石灰作為改性劑，以太湖淤泥為研究對象，改變其物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而可以對改性的效果進(jìn)行定量、定性的評價(jià)，并能夠了解淤泥固化的機(jī)理。 摘 要 ............................................................................................................................ 2 ABSTRACT ................................................................................................................... 3 第 1 章 緒論 .................................................................................................................. 6 研究背景 ..........................................................................................