泥浆固化再运用施工技术

文英名

摘要：为科学有效的处理废弃泥浆，将泥浆固化再运用，本文在实验的基础上得出结论，加入絮凝剂进行絮凝脱水试验，并用石灰、石膏、水泥、硅酸钠作为固化材料对脱水后的泥浆进行固化处理。研究表明泥浆含水率分别为85%、90%、95%时，达到最佳脱水效果的絮凝剂掺量分别为0.2%、0.1%、 0.1%。硅酸钠能够显著提高泥浆的早期强度，泥浆的强度随水泥掺量的增加而提升。当硅酸钠掺量为1%，水泥掺量为2%时，泥浆28d最高强度为1.5MPa，可作为建筑填料使用，解决了废弃泥浆的处理问题。并深入探讨分析泥浆固化再运用施工技术。

关键词：泥浆固化；再运用；施工技术

一、项目背景

在公路项目钻孔灌注桩工程施工过程中会产生大量泥浆，由于泥浆外运弃置污染环境，成本较高，因此将工程施工过程产生的泥浆固化后再运用，从而节约了施工成本、减少了对环境的污染，取得了较大综合效益。

一、泥浆固化材料与方法

1、泥浆。在本工程中，决定采用泥浆固化技术对废泥浆进行有效的处理，该泥浆湿密度 1.65g/cm3、含水率为 85%、PH 值为10.5。

2、絮凝剂。絮凝剂由阴离子聚丙烯酰胺（APAM）与聚合硫酸铁（PFS）按 1：1 比例配制而成，阴离子聚丙烯酰胺分子量为1200万，聚合硫酸铁中铁含量为18.5%。

3、无机类固化剂。固化剂由生石灰、石膏、水泥、硅酸钠配制而成。硅酸钠为白色粉末状，纯度99.8%，模数为2.0。水泥为42.5普通硅酸盐水泥，化学成分见表2。生石灰主要成分CaO 含量占比98%，化学成分见表3。石膏主要成分CaO与SO3的占比81%。

4、实验方法。废弃泥浆的含水率一般在 85%~95%，将所取原状泥浆含水率分别稀释至85%、90%、95%，置于100ml量筒中充分搅拌后加入复合类絮凝剂。每个含水率下，絮凝剂掺量分别设置为泥浆的0.05%、0.1%、 0.2%、0.3%，对照组为不加絮凝剂的自由沉降试验。观察4h内分离液体浑浊度及絮凝体大小，确定不同配比下的絮凝效果。将絮凝后的泥浆用 200 目滤布过滤，取脱水过滤后的泥浆放入烘箱烘干，计算最终含水率。将脱水处理后的泥浆倒入搅拌机，搅拌2min，再加入固化剂搅拌 4min。然后将混合浆液填入φ=45mm、h=90mm的圆柱模具中，用修土刀刮平，然后用薄膜封口，静置1d后拆模，为保证水分不会蒸发，拆模后用薄膜覆盖试块，置于养护箱中（湿度大于95%，温度于20℃±2℃）养护，待到指定龄期测试其抗压强度，同一类型试件进行三次测试，取平均值作为其强度。

5、固化材料配合比设计。无机类固化剂通常在 10%左右可以形成良好固化效果，能够达到运输强度要求，但当前研究多为以水泥为主的水泥基固化剂，在不提高固化剂掺量的前提下，增设多种固化材料复配进行研究，降低材料花费。生石灰、石膏、硅酸钠、水泥对泥浆固化起积极的作用，各组分通过自身以及相互之间的水化反应对泥浆进行固化。其中，石灰与石膏对高含水率泥浆有着很好的干化作用，并且生成的碱性环境利于激发水泥活性，石膏与石灰掺量分别取为泥浆的4.5%与3%；水泥在泥浆中经水化作用生成的C-S-H 凝胶等水化产物能够显著提升土体的强度。硅酸钠作为助凝剂一方面可加快泥浆凝结固化，另外也能参与调节固化剂中水泥、石灰、石膏的水化反应，改善固化效果。通过调整水泥与硅酸钠在泥浆中的占比来观察不同配比下泥浆固化的强度，分析固化机理同时找出最佳配比。水泥掺量设为 1%、1.5%、 2%。硅酸钠掺量为 0.5%、1%、1.5%。

二、结果分析

泥浆固化需要使用絮凝剂材料，从而可保证在作业期间对悬浮固体粒子做出絮凝处理，从而保证固体粒子沉降度获得大幅度降低，基于此再将相关设备引入其中，深度分离泥浆。在实际操作过程中，经过特定的管道将所有泥浆转入到泥浆储存池内，等待泥浆达到固化状态以后，便可以将其传输到泥水分离位置展开后续处理。将絮凝剂加入其中，采取持续搅拌的处理方式，在短时内将固体粒子沉降。基于泥浆和絮凝剂持续反应的基础上，可在泥水分离系统中引入泥浆，综合离心操作的方法完成分离，得到土体和水体。

1、絮凝剂掺量对絮凝作用的影响。首先通过泥浆的自由沉降试验得出，废弃泥浆无法通过自由沉降进行泥水分离。加入絮凝剂后可使泥浆迅速脱稳，形成絮状沉淀实现泥水分离。分析絮凝剂成分可知，絮凝剂中的APAM组分能够利用其高分子链在水中的伸展吸附作用，聚拢泥浆中的土颗粒，从而形成大块絮状物沉淀，达到絮凝效果，聚合硫酸铁组分则可以将泥浆以及絮凝物进行电离破坏掉内部的胶体体系，释放被包裹的水分，因此复合类絮凝剂能够迅速有效的实现泥浆的泥水分离。当含水率为85%时，0.05%与0.1%掺量的絮凝剂絮凝效果较差，随着含水率增加到 90%与 95%时，同掺量下絮凝剂的絮凝作用愈加明显，可以说明含水率越高，达到絮凝效果所需絮凝剂的掺量越少。这是因为泥浆含水率为85%时，含泥量较高，低浓度的絮凝剂无法对所有土颗粒完成吸附架桥作用，含水率的增加提高了高分子链在泥浆中的伸展程度，增大了与土颗粒的接触面积，从而增强了絮凝作用。

加入不同掺量絮凝剂并充分搅拌后，用计时器记录时间，观测并记录30min、1h、2h、3h、4h时间点的固相沉淀在量筒中的体积刻度。可以看出85%、90%、95%含水率的泥浆在絮凝剂的作用下，30min 内迅速沉淀，反应于 4h 完成。随絮凝剂掺量的增加，沉淀泥浆体积占比变大，这是由于絮凝剂掺量较少时形成的絮状物较密实，而掺量较多时，絮凝作用下生成的絮团包裹了较多水分，沉淀体积因此较大。另外，当絮凝剂掺量从0.05% ~0.3%时4h后沉淀体积增加了9.92ml、增加了7.42ml、增加了4.07ml，可以看出含水率越大，不同掺量絮凝剂作用下产生的泥浆沉淀体积差距变小，说明在较高含水率时，泥浆中絮凝剂的浓度变化对絮凝作用产生的影响较小。

2、絮凝剂掺量对泥浆脱水率的影响。随着絮凝剂含量的增大，脱水后泥浆的含水率呈现先减后增的趋势，即原状泥浆的脱水量先增大后减小。这是因为当絮凝剂含量过少时，无法将泥浆中的所有土颗粒凝聚为絮状体产生沉淀，实现泥水分离；含量过高时形成的絮状体则会包裹较多水分无法滤出，因此这两种情况下都无法达到最优的脱水效果。从脱水效果确定不同含水率下絮凝剂的最佳掺量，85%含水率的泥浆在0.2%浓度絮凝剂作用下脱水效果最好，脱水率为24.99%。90%含水率的泥浆在0.1%浓度下脱水效果最好，脱水率为33.76%，95%含水率的泥浆在0.1%浓度絮凝剂作用下脱水效果最好，脱水率为42.53%，结合絮凝效果可以得出高含水率的泥浆絮凝所需的絮凝剂更少，并且脱水效果更好。因此在实际工程中，适当的提高泥浆含水率再加入絮凝剂进行脱水处理更为经济。

3、固化后试件强度。将养护到3d、7d、14d、28d的试样置于电子万能试验机测试无侧限抗压强度，加载速率为0.1kN/s。不同硅酸钠掺量的试件抗压强度随养护龄期的增长都有不同程度的提高。试件在早期强度迅速增长，随龄期增大强度增长速率逐渐变缓。龄期3d的试件强度基本在0.1MPa，强度较低，而 在7d时，试件强度都在0.2MPa以上，满足土体开挖和运输的强度要求，因此固化时间至少为7d，并且硅酸钠掺量越大，试件强度越大。这表明硅酸钠利于早期强度的提升。另外，比较龄期14d的试件强度，发现硅酸钠掺量为0.5%与1%的试件抗压强度明显高于掺量为1.5%的试件。当硅酸钠掺量为1.5% 时，14d龄期的试件表面粗糙且出现局部开裂，硅酸钠可促进水泥与石膏的水化，推测这是因为过量的硅酸钠使得试件在早期产生了较多的水化产物，造成了体积膨胀，亦会使试件出现裂缝并导致强度下降。当水泥掺量从1%增加至2%时，硅酸钠掺量为0.5%、1%、1.5%的试件28d抗压强度分别增加了 50.2%，64.84%，58.82%。可见水泥含量的变化显著影响了泥浆的固化强度。另外，可以看出1%掺入比是固化剂中硅酸钠的最佳掺量，试件28d的抗压强度最高，在 2%水泥掺量下最高能达到1.5MPa，可作为建筑填料使用。

三、泥浆固化再运用分析

相关实验报告表明，固化剂只有一定程度的区别，可以分为两个方面，一是有机的，一是无机的，无机特性比较显着，投资低，所以根据性价比，无机性能固化剂更受欢迎。由于无机固化剂带有毒气和味道，可以保证固结部分的延长，具有一定的安全性和稳定性。但是无机固化剂也存在一些不好的问题，在使用无机固化剂时，用量大，使用起来会增加昂贵的成本。因此，有关人员在处理废泥时要严格控制固化剂的比例，其用量是经过科学实验的，所以必须按照这个比例进行处理，才能达到理想的效果。同时，采用这种方法可以对废泥浆进行处理，将其不利影响降到最低，从而起到环保作用。在废泥处理过程中，需要注意固化剂的质量检测。只有固化剂的质量达到相关规定，才能保证废泥处理的有效性。

在专业的泥浆桶内存放泥浆，或者在特定的泥浆池内存放泥浆，以胶体或者泥浆密度作为衡量泥浆质量的指标，适当性的调整泥浆。在施工期间要检测泥浆的质量，若是泥浆出现质量方面的问题，在工程实施期间要坚决不能用于项目中，要按照标准重新调制泥浆。倘若是泥浆的泥皮粘度超过规定的标准，必须要在后续的处理期间对其进行调制，一般的可加入NaHCO等分散物，保证泥浆达到规定的分散效果。若是泥浆的稳定性和黏稠度等出现下降的时候，则表示泥浆水量相对较高，可适当性的加入定量膨胀土进行调制。

确定合适的絮凝剂使用量，保证处理的悬浮固体粒子具有最佳效果。在本次项目工程施工期间选择使用的是丙烯酰胺，这种类型的物质是十分典型的高分子聚合物，在项目施工期间需要按项目工程的差异和生产工艺的不同，组织技术人员展开泥浆和絮凝剂分离试验，对最终获得的结果做出分析，并明确最终的型号。在实施桩基础工程的时候，要从最根本上确保泥浆固化处理效果达到规定，在评价工程质量的时候，可按照泥水分离系统的实际需求作为基准，保证在系统中泵送合适的泥浆。在本项目工程中要对泥浆的流量做出控制，避免发生堵塞方面的问题。

参考文献：

[1]水泥和水泥—磷渣粉稳定磷尾矿作路面底基层材料的对比研究[J]. 毛伟,龙泉名,张庆刚,刘族东,李剑秋,赵青林.  新世纪水泥导报. 2021(01)

作者简介：文英名（1988.4—），男，汉族，贵州省贵阳市清镇市人，职务：中交上海航道局诸暨235项目技术部部长，职称：工程师，学历：本科。