1、编 号江南大学太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：水泥、粉煤灰和石灰复合改性淤泥物理力学特性研究摘 要随着对河道的疏浚工作往往会产生大量的淤泥，但是传统的就近弃土的办法会带来一些列问题，这就有必要对淤泥进行新的处理方法。疏浚淤泥的资源化利用技术就是把作为污染源的废弃疏浚淤泥, 通过化学、物理的方法进行处理, 使其变为可再生利用的土工填方材料、建筑材料, 这样既解决沿海大量废弃疏浚淤泥的处理问题, 又可避免疏浚淤泥对海洋和陆地环境的污染。本文以月亮湾疏浚淤泥堆场的太湖疏浚淤泥为研究对象，将水泥、粉煤灰和生石灰作为改性剂，运用试验的手段来寻找出各自组分的最佳掺入量，使得废弃的淤泥能够固化成
2、为符合土工试验规范的工程用土。补充研究的内容、方法和结论 下面一段可以并进来从固化淤泥的固结试验和直剪试验入手，来研究内摩擦角和粘聚力与改性剂的关系，并结合理论分析出了最佳的配合比 10%的粉煤灰、8%的水泥、2%的生石灰。关键词：淤泥；资源化；固化；直剪试验；ABSTRACTWith the dredging of the river tend to produce large amounts of silt, but the traditional approach will bring close to spoil some of the following questions,this
3、 is necessary for a new sludge treatment. Utilization of dredged sludge technology is to waste as the source of the dredgedsludge，through chemical and physical methods of treatment, so that it can be recycled into fillgeotextile materials, building materials, This will not only solve a large number
4、of abandoned coastal treatment of dredged sludge and avoid sludge dredging on the marine and terrestrial environmental pollution.In this paper, the Taihu Lake Moon Bay dredging silt dredged silt yard as the research object, the cement, fly ash and lime as a modifier,the use of the means test to find
5、 out best parameters into their component volume,makes the waste sludge to soil test specifications solidified as the project comply with the soil.Solidified sludge from the consolidation test and direct shear test start, to study the internal friction angle and cohesion and the relationship between
6、 modifier, and theoretical analysis of the the best mix of 10% fly ash, 8% of cement, 2% of thequicklime.Keywords: Silt;reuse of dredging;solidifieaitonect; mix;摘 要 .2ABSTRACT.3第 1 章 绪论 .141.1 研究背景 .141.1.1 淤泥产生的缘由 .141.1.2 淤泥处理的传统办法及分析 .151.2 现有研究成果 .151.2.1 国内外淤泥处理方法简介 .161.2.2 化学固化机理 .171.2.3 粉煤灰
7、、水泥具体运用 .181.3 研究的内容与意义 .191.3.1 本文研究内容 .191.3.2 研究的意义 .20第 2 章 试验设备与淤泥固化机理 .212.1 试验设备 .212.2 淤泥固化机理 .232.2.1 水泥固化机理 .232.2.2 粉煤灰固化机理 .252.2.3 石灰的固化机理 .2623 本章小结 .26第 3 章 水泥、粉煤灰和石灰改性淤泥物理特性的研究 .273.1 试验材料 .273.1.1 试验淤泥来源 .273.1.2 固化剂来源 .283.2 淤泥物理性质试验分析 .283.2.1 淤泥含水率的测定 .283.2.2 淤泥密度的测定 .293.2.3 淤泥
8、液塑限的测定 .303.2.4 淤泥颗粒级配的测定 .333.3 本章小结 .34第 4 章 水泥、粉煤灰和石灰改性淤泥力学特性的研究 .344.1 固化剂的选择 .354.2 固化试验的内容 .354.2.1 单一固化剂的改性淤泥试验 .354.2.2 多组分固化剂对淤泥固化效果的影响 .454.3 本章小结 .50第 5 章 结论与展望 .515.1 结论 .515.2 展望 .52参考文献 .52致谢 .54第 1 章 绪论疏浚淤泥的资源化利用技术就是把作为污染源的废弃疏浚淤泥, 通过化学、物理的方法进行处理, 使其变为可再生利用的土工填方材料、建筑材料, 这样既解决沿海大量废弃疏浚淤泥
9、的处理问题, 又可避免疏浚淤泥对海洋和陆地环境的污染, 同时, 还可产生工程建设所急需的土工材料加以利用, 产生综合性的技术经济效益。在一些发达国家, 这一技术已经得到了广泛的应用。本文采用水泥、粉煤灰和石灰作为改性剂，以太湖淤泥为研究对象，改变其物理力学性质，进而可以对改性的效果进行定量、定性的评价，并能够了解淤泥固化的机理。1.1 研究背景这有内容吗？标题之间以及标题与正文之间需要空一行吗？下同1.1.1 淤泥产生的缘由为了保证河道正常的通行能力、改善湖泊河道的水质问题、拓展城市的景观工程，政府常常对一些河道湖泊进行疏浚与清淤工作，由此产生了大量的废弃土方。例如西湖大规模底泥疏浚工程，将产
10、生 260 万 m的河底淤泥，南运河苏州段的疏浚工作预计疏浚土方量达 928 万 m，锡地区对于太湖及其周边湖泊的清淤工作也将产生大量的淤泥 1。这些仅仅是冰山一角，随着经济、海上运输事业的快速发展，大量港口的建设与维护工作不断的进行，也会产生大量的疏浚淤泥。1.1.2 淤泥处理的传统办法及分析对于如此大量的废弃土方，我国处理的主要办法为就近弃土，就是征用闲置土地来堆放淤泥。这往往就会造成一系列的问题。土地的不合理利用、将会使本就贫乏的土地资源更加贫乏；而在淤泥本身可能带有的污染物质，将会对堆放土地的周围环境造成污染，甚至有的会影响到周围的居民的正常生活，对此造成的损失不可估量。这样的传统做法
11、显然不适应现在社会的可持续利用的要求了，所以需要提出新的处理办法。国外在此方面有着先进的技术，他们会对淤泥进行适当的处理，将废弃的淤泥变成可利用的土木工程施工材料。这样不但解决了土地资源的浪费和生活环境污染的问题，也同时减少了对于传统材料的使用。并在考虑经济效益和社会效益的前提下，尽可能的发掘疏浚淤泥的资源化利用率，使其经济价值得到进一步提高。进行淤泥的资源化处理，不仅能够达到防止淤泥对周围环境的破坏的发生，而且符合我过可持续发展的策略，十分的符合我过的国情。1.2 现有研究成果淤泥的可利用化是指运用物理或者化学方法，改变淤泥的性质，使得改性后的淤泥能作为土木工程的建筑材料，土地开挖填方材料、
12、堤岸、码头的填方材料进行使用。这就必然的减少了传统材料的使用，随着技术的进步，制度的完善可见改性淤泥的使用前景是美好的。在提倡可持续使用的当今，资源变的极其的珍贵，现有的资源不足以满足人类以后的使用，只有不断的创新，变废为宝，才能获得最大的经济利益，也能相应的节省资源，保护现有的环境。对于我国来说，这个新兴的行业极其的富有发展前景。1.2.1 国内外淤泥处理方法简介淤泥原本自身的力学性质，不能够作为建筑材料或者填筑材料，所以可以通过物理改性、化学改性的方法，改变污泥的力学性质，进而达到使用要求。目前国内外淤泥固化处理技术主要包括物理脱水固结、高温溶解烧结和化学固化 3 类。物理脱水固结物理脱水
13、固结是指通过采用晾晒、机械脱水、袋充脱水的办法去掉淤泥中多余的自由水。当产生的淤泥量较少而且有场地进行摊铺晾晒时, 可以采用晾晒的方法, 通过晾晒蒸发去掉淤泥中多余的水分后, 即可用作填土材料进行使用。但这种方法只适用于少量淤泥的处理, 而且要有足够的场地, 同时受天气的影响也很大 2。机械脱水的方法是使用脱水机械将淤泥中多余的水分除去, 脱水后易于运输和使用。但是由于疏浚工程产生的淤泥量巨大, 普通脱水设备的价格较高, 加之脱水效率较低, 难以满足大型疏浚工程要求, 而且淤泥经脱水后其含水率仍接近液限水平, 还需要进行二次处理才能满足工程用土要求。在各种筑堤、填海、堤岸加固工程中, 对于含沙
14、量较高的淤泥, 也有很多采用高压袋充固结排水的方法进行资源化利用。如在永定新河建闸的围堰工程中, 由于外运土料距离远、成本高, 就采用土工织物袋高压充填的方法建堰。袋充方法具有施工速度快、造价低、就地取材的特点, 但只适用于含沙量较大的淤泥, 对于粉粒、黏粒含量较高的淤泥该法难以达到预期的效果。高温溶解烧结高温溶解烧结处理是通过高温处理, 使疏浚淤泥脱水、有机成分分解、颗粒之间黏结, 或无机物发生溶解, 然后再通过冷却, 使得淤泥熔合成具有相当强度的固体颗粒 3。淤泥通过烧结处理可以制成建材, 也是一种经济有效的资源化方法, 其主要用途有制轻质陶粒、熔融微晶玻璃、生产水泥、制砖等。轻质陶粒一般
15、可作路基材料、混凝土骨料或花卉的覆盖料, 但由于成本和商品流通上的问题, 还没有得到广泛应用。日本研制成功的淤泥微晶玻璃, 是建筑物优良的装饰材料, 其类似于人造大理石, 外观、强度、耐热性都比较优良。利用淤泥生产的生态水泥成本仅为普通水泥的 1/ 3, 但因原料不同而其化学成分、性能等有所不同, 由于生态水泥含氯盐较高, 会使钢筋锈蚀, 一般主要用作地基的增强固化材料和素混凝土。用淤泥为主要原料制成的砖块透气性好、重量轻, 如将其用于铺设人行道, 雨水能够比较容易渗过砖块直接进入地下, 从而可防止因下水道排水不畅而造成的积水。如苏南运河苏州段疏浚工程就向当地的窑厂提供淤泥 60 多万 m3
16、, 用于生产砖瓦 2; 近年来浙江省出台了利用河道淤泥制砖的扶持政策, 鼓励砖瓦企业利用淤泥制砖造瓦, 一些砖瓦企业纷纷投资参与河道疏浚并利用淤泥制砖造瓦, 有效加快了河道疏浚, 一举多赢。化学固化化学固化技术是向淤泥中添加固化材料, 通过搅拌混合、养护, 使淤泥、水、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应, 在淤泥颗粒表面产生胶凝物质, 使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。另外, 具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗粒之间形成了网状结构, 即构成了骨架, 结晶类的水化产物则填充网状结构的孔隙, 待硬化后淤泥便具备了一定的结构强度。显然, 化学固化处理不仅可以增大淤泥颗粒的粒径, 还可以通过固
17、化材料的水化作用有效地降低淤泥的含水率。另外, 包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效地降低其中污染物质的活性, 从而起到一定的/ 减污 0 作用。综上所述, 采用物理晾晒方法处理淤泥, 虽然施工简单、处理成本低, 但晾晒需占用大面积场地, 而且易受天气影响, 而机械脱水设备价格较高、处理效率低, 难以满足大型疏浚工程的要求, 目前在国内也未得到广泛应用; 采用高温溶解烧结方法处置淤泥, 能产生较高附加值的产品, 但其对淤泥性质有一定的要求, 而且处理费用高、处理淤泥量有限, 对处理含沙量过高的疏浚淤泥不适用 4, 对处理大量的淤泥也不太合适; 采用化学固化方法对淤泥进行处置, 处理效率高、施工方便
18、, 且易于推广应用, 如目前采用该技术对无锡长广溪堆场淤泥进行固化资源化利用已经获得了成功 5, 但化学固化方法处理淤泥的投资较大, 因此开发适应我国国情的淤泥固化处理设备和固化剂势在必行。1.2.2 化学固化机理化学固化技术 1是向淤泥中添加固化材料,通过搅拌混合、养护,使淤泥、水、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应,使得松软无强度的淤泥变成具备一定力学性能的固化土。化学固化技术的原理是:固化材料通过一系列的吸水、水解、水化反应,在淤泥颗粒表面产生胶凝物质(水化硅酸钙、水化铝酸钙等),形成不可逆转的凝结硬化壳,使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。另外,具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗
19、粒之间形成了网状结构,即构成了淤泥的骨架,结晶类的水化产物则填充网状结构的孔隙,使得淤泥内部变得致密,待硬化后淤泥便具备了一定的结构强度。显然,化学固化处理通过固化材料的吸水作用可有效降低淤泥的含水率,另外,包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效降低其中污染物质的活性,从而起到一定的“减污”作用。化学固化处理后的淤泥具有强度可控、施工简便迅速等优点,适合大批量淤泥的固化处理。用固化技术处理废弃淤泥使其变为再生资源在国外已得到广泛的应用,技术已比较成熟。这一方法已在日本、荷兰、新加坡有较为广泛的使用。正在建设的名古屋机场的填海工程就大量采用了固化处理后的名古屋港淤泥。日本东京设有多处废弃土处理中心,将
20、废弃淤泥通过固化处理后代替砂料等土石方材料进行出售。我过也正在对固化技术进行研究，来解决我国疏浚淤泥的处理问题。目前固化材料中,水泥、石灰、石膏、粉煤灰等为主要组成材料。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较大。所以，有必要进行研究来找到最合适的固化剂配合比，发挥各自材料的最大作用。1.2.3 粉煤灰、水泥具体运用我国以煤炭为主要能源，每年用煤量高达几十亿吨，目前电力大部分是由煤炭产生的。以煤为主的电力工业的大规模发展导致粉煤灰的排放急剧增加，直接排放到空气中会造成污染，若采用湿排，则消耗大量的水资源；若采用堆放处理，则会废弃大量的土地资源。随着我国对除尘、干燥技术的发展，电厂积极采用高效除尘装置，对粉煤灰进行脱水处理，使水分降低至 30%以下，为粉煤灰利用创造了条件。脱水处理后的粉煤灰，可以生产烧结砖、加气混凝土、生产陶粒等，运用广泛，并有着非常好的效果。例如，通往秦皇岛某造船基地的马路上，大量的重型大卡车来来往往，之前原本是一条烂泥塘，现在承载力能打到 15t/的马路是主要利用粉煤灰来修筑的。 （见图 1-1、图 1-2）图 1-1 河边的烂泥塘，石头一砸一个坑图 1-2 用粉煤灰填泥塘后的土地
