HAS固化剂应用于建筑泥浆处理的研究

HAS固化剂应用于建筑泥浆处理的研究

邹露彬

葛洲坝中固科技股份有限公司 湖北 武汉 430000

摘 要：传统建筑泥浆因含水率高、产量大，均采用简单沉淀后外运至指定场所消纳，其运输方式和处理成本对工程项目实施带来困扰，本文着重选择了固化剂对建筑泥浆进行改性处理，使其减少了场地的占用，带来了运输方式的便利，并降低了施工成本。

关键词：建筑泥浆;固化改性;施工成本

前 言：工程泥浆中往往含有大量的粘土矿物，稠度大，一般产生量较大，自然沉淀固化周期长，难以自然沉降。而各地对于建筑泥浆的处理、运输、中转、消纳均做了明确要求，这使得建筑泥浆处置在施工过程中成为重要的环节，建筑泥浆通常的处理方式为在现场简单沉淀后外排至指定场所，对处置空间及外运车辆的要求较高，大面积的泥浆池不仅占用了宝贵的施工场地，为后续施工带来不便，也给施工现场环境造成恶劣影响[1]。HAS系列产品是依据常温下同相类同相固结和污泥深度破壁原理，以经高温煅烧后的无机矿物材料为主要原材料，加入适量石膏、激发剂和吸水性材料等磨细制成的能显著改善污/淤泥物化性质，促进进其水分析出的新型硅铝基胶凝材料。该材料能改善淤/污泥理化性能，提高固液分离水平，显著降低淤/污泥中重金属浸出浓度，实现淤/污泥的化学改性处理。通过将HAS固化剂及聚丙烯酰胺（APAM），添加至某市协和医院住院大楼的建筑工地桩基开挖过程产生的粘稠泥浆中，经过配比试验分析，探索出HAS固化剂应用于建筑泥浆改性脱水是否具有较高的经济效益、环境效益。

正文：

一、建筑泥浆的特性及处理难题

1.建筑泥浆含水率高、难以脱水

一般建筑泥浆的含水率在85%以上，粒径普遍较小，而溶液中颗粒的粒径越小则自然沉降时间越长，胶体的稳定性越好。加上施工过程中冲洗作业，导致泥浆的产量较大。同时建筑泥浆中往往含有膨润土，膨润土具有良好的悬浮性、触变性、吸湿性和膨胀性，可吸附8-15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍。膨润土在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，增强建筑泥浆的胶体稳定性，使其难以沉淀。难以沉淀固化是影响泥浆处置工艺选择的关键。

2.传统处置方式占地面积大，影响场地施工

产生建筑泥浆的工地往往正在进行桩基工程作业，进场设备多，占地多，工地可用空地较小，影响了很多泥浆处理方法的实施。

3.建筑泥浆外运方式不便，造价高

当前建筑泥浆处置普遍采用罐车直接外运，运输成本高。一般普通渣土车运输渣土每吨的公里的成本在2-4元左右，而水泥搅拌车/罐车吨公里的综合运输成本在比渣土车高一倍左右。

二、解决途径

要解决建筑泥浆处置难题，首要途径是改变建筑泥浆脱水性能。脱水性能效率高、效果好，对场地需求小，外运可改用普通渣土车，成本大幅降低。将建筑泥浆固化为可用渣土车直接外运的固化体，减少或避免泥浆直接外运造成的费用高、污染环境等问题。根据我公司以往大量的工程实例，HAS系列产品对土壤、淤泥等具有较好的改性和固化效果，改性后的固化体耐水性好，一般可在三天内降低淤泥含水率15-20%，根据掺量的不同，含水率降低还能更多。

本文选用了聚丙烯酰胺（APAM）及公司固化产品HAS对建筑泥浆进行了脱水改性试验。

1.选用絮凝剂阴离子聚丙烯酰胺（APAM）促进泥浆的自然沉降，进行建筑泥浆的絮凝脱水。

分别在原始建筑泥浆中添加不同浓度的阴离子聚丙烯酰胺，搅拌2分钟后静置。静置后，建筑泥浆泥水逐渐开始分离，不同时间静置产生的上清液体积见下表：

表1 建筑泥浆泥随时间沉降情况

实验采用250ml量筒，分别加入250ml建筑泥浆以及1‰ APAM、3‰ APAM与建筑泥浆混合液。实验所用建筑泥浆原始含水率75%，表观密度1.26g/ml。经过3小时沉降后，三个实验组的含水率分别下降到70%、68.5%和66.6%，含水率有了明显下降。

2.将具有细粒料特征的HAS淤泥改性剂投加到上述絮凝沉降后的建筑泥浆中

将HAS淤泥改性剂投加到添加有3‰的APAM、经过3小时絮凝后的剩余泥浆中，投加比例分别为5%、8%和12%。加入HAS淤泥改性剂后迅速搅拌均匀，静置。加入HAS淤泥改性剂24小时，依次为投加5%、8%和12%的样品。

图1 投加5%、8%和12%的HAS淤泥改性剂建筑泥浆初始外观

图2 投加5%、8%和12%的HAS淤泥改性剂24h后的建筑泥浆外观

3.直接投加HAS淤泥改性剂到建筑泥浆中，并未能在24小时内快速的凝结建筑泥浆，因此加入水玻璃作为促凝剂，探索硅酸钠（水玻璃）对HAS淤泥改性剂固化建筑泥浆的促凝效果。

分别按以下几组比例验证硅酸钠对HAS淤泥改性剂促凝的效果，其中HAS淤泥改性剂的掺量为12%：硅酸钠：HAS淤泥改性剂=10：80；硅酸钠：HAS淤泥改性剂=20：80；硅酸钠：HAS淤泥改性剂=40：80。

图3依次投加上述比例的HAS淤泥改性剂和硅酸钠后建筑泥浆在24小时后外观

可见，在HAS淤泥改性剂中掺入20%以上的硅酸钠后，建筑泥浆的固化效果明显提高。

4.HAS淤泥改性剂对建筑泥浆含水率降低效果实验。

对实验效果进行检测，测定了加入硅酸钠促凝后建筑泥浆的含水率。将原始含水率75%的建筑泥浆加入APAM经过3小时絮凝沉降脱水后，建筑泥浆含水率降低到65%，之后掺入HAS淤泥改性剂与硅酸钠进行脱水固化。在HAS淤泥改性剂掺量为12%的条件下，分别按以下三个比例加入硅酸钠：硅酸钠：HAS淤泥改性剂=10：90；硅酸钠：HAS淤泥改性剂=20：80；硅酸钠：HAS淤泥改性剂=40：60。

加入拌合、反应24小时候其含水率检测结果如下：

表2 投加硅酸钠和HAS淤泥改性剂24小时后含水率

另外，对建筑泥浆在加入硅酸钠前后的耐水性进行了实验，分别按照下表的掺量加入HAS淤泥改性剂和硅酸钠，在3天后进行浸泡实验，浸泡时试块均全部没入自来水中，浸泡时间为12天。

其中1-6号样品的配比如下表所示：

表3 样品的配比情况

图4样品饱水浸泡15天后外观

可见，加入硅酸钠前后HAS淤泥改性剂固化体的耐水性并未降低，经过饱水浸泡后仍未出现解体情况。

最后，利用XRD对原始建筑泥浆、掺加了8%HAS淤泥改性剂的固化体和掺加了8%HAS淤泥改性剂+2%硅酸钠的固化体进行了分析检测，XRD扫描结果如下：

图5 泥浆固化体XRD扫描图谱

附图谱卡片对比：

M [蒙脱石-montmorillonite-CaMa2AlSi4(OH)2▪H2O] 

I [伊利石-illite-NaKAl2(Si3AlO10)(OH)2)] 

A [硅酸铝- aluminium silicate-Al2Si8O24]

C [硅酸钙-calcium silicate-Ca2SiO4]

Q [石英-quartz-SiO2)]

CAS [硅酸钙铝- calcium aluminium silicate- Al3CaO,5Si3O]

AO[氧化铝-aluminium oxide-Al2O3]

Mg[硅酸镁-magnesium silicate-MgSiO3] 

其中Slurry为原始建筑泥浆图谱；Slurry+HAS为建筑泥浆与HAS淤泥改性剂的固化体；Slurry+SS为建筑泥浆与HAS淤泥改性剂和硅酸钠的固化体。

XRD的结果表明，HAS淤泥改性剂对增强建筑泥浆中的硅酸铝结晶有促进作用，而建筑泥浆与HAS淤泥改性剂中加入硅酸钠则显著增强了硅酸钙铝水化结合作用,并可能伴随硅酸镁结晶强化过程。

三、实施效果

原始含水率为75%的建筑泥浆加入APAM经过3小时絮凝沉降脱水后，建筑泥浆含水率可降低到65%左右，之后掺入8%HAS淤泥改性剂与硅酸钠进行脱水固化，可在24小时内将建筑泥浆的含水率降低到48%。建筑泥浆基本呈固体，无明显的沥水，可采用渣土车运输。改性脱水后，泥浆体积减少了30%以上，运输成本减少30%以上。

使用HAS淤泥改性剂固化建筑泥浆后，24小时即可用渣土车外运固化泥浆，脱水固化后，70-80%含水率的建筑泥浆含水率降低到45-50%，大大降低综合运输成本。HAS淤泥改性剂被拓展用于建筑泥浆的脱水固化后，产品的目标市场进一步扩大，仅中部地区建筑泥浆的年处置规模就在300万吨以上，扩宽潜在的市场达到1.5亿元。

固化后的泥浆固化体雨水不易二次泥化，可用于土方回填，减少了土地占用，避免了对环境的污染，有明显的环境效益。

综上可见，HAS淤泥改性剂增强了建筑泥浆的固化性能，加速了固化速度，降低了泥浆固化体的含水率。该方法有很大的潜力用于建筑泥浆的处理处置，可减少建筑泥浆直接外运造成的高昂成本，降低建筑泥浆排放导致的环境污染，具有良好的经济效益和环境效益。

参考文献：

　[1]王新新，吴小建。钻孔灌注桩泥浆处理技术研究现状综述[J].建筑施工，2015。

[2]江建斌，祝宏文，张云达。上海地区钻孔灌注桩废弃泥浆处理工艺研究[J].建筑施工，2016。[1]

[1]参考文献，按此格式