工程废弃泥浆固化处理试验研究

工程中会遇到含水量较土体液限大很多、处于流动状态的废弃泥浆，如吹填工程、地下连续墙、钻孔灌注桩、非开挖水平定向钻孔、泥水平衡式顶管、泥水加压式盾构等工程施工过程中产生的泥浆。如果能将这些废弃泥浆就地固化利用，对土地、环境、生态的保护起到至关重要的作用。目前，工程上常采用石灰、水泥、粉煤灰等无机结合料改良泥浆并对作用机制和改良效果开展了较多的试验研究[1～3]。然而，鲜有采用高效土壤固化剂固化处理工程废弃泥浆并对其力学性质开展研究的成果。

1工程废弃泥浆固化试验验证

高效土壤固化剂采用台湾世盟国际股份有限公司提供的GURS-501固化剂，其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO2[4]。

地下连续墙施工现场所取泥浆，含水量为150%~200%，对泥浆进行搅拌并掺加3%（固化剂掺量为固化剂与泥浆重量之比）的固化剂，24h后即凝结硬化为固体，固化土强度可达0.2MPa以上，见图1。

a）加入3%GURS固化剂

b）24h后凝结硬化

图1地下连续墙废弃泥浆快速固化

天津滨海临港工业区的吹填泥浆掺加GURS固化剂后利用电子显微镜进行扫描，见图2。

a）原浆b）加入1%固化剂c）加入3%固化剂图2电子显微镜扫描原浆及掺加固化剂后泥浆

由图2可看出，随着固化剂掺量的增加，泥浆固化土颗粒逐渐增大并形成网状结构。图1和图2表明，固化剂可以对泥浆起到固化作用。

选取临港工业区吹填场地经过真空预压处理的吹填软土作为固化处理对象，其基本物理性质见表1。

表1吹填土基本物理性质

根据GURS固化剂作用机理[5]，须对原材掺水重新配制为一定含水率的泥浆，加入固化剂搅拌均匀进行固化试验，对固化土的物理力学性能开展深入研究。2泥浆固化土无侧限抗压强度分析

无侧限抗压强度试验仪器采用南京土壤仪器有限公司生产的承载比试验仪，泥浆固化土无侧限抗压强度试验试件的成型条件：固化剂掺量2%、3%、4%、5%、6%、7%；养生龄期7、14、28、60d；含水率120%、140%、160%。

2.1固化剂掺量的影响

泥浆固化土的无侧限抗压强度与固化剂掺量关系曲线，在含水率为120%、140%、160%时特征相似，限于含水率/%孔隙比液限/%塑限/%压缩系数/MPa-1

55.2 1.50341.222.3 1.042

工程废弃泥浆固化处理试验研究

□文/杜衍庆王新岐

【摘要】：利用GURS-501固化剂对天津滨海新区高含水率吹填泥浆进行固化试验，分析了泥浆固化土的强度、压缩性能及应力应变特性。试验结果表明：固化剂对泥浆

具有很好的固化效果，泥浆固化土28d无侧限抗压强度达0.25~0.45MPa。泥浆

固化土是一种强结构性土，在应力较小时表现出弹性特性，随着应力的增加，土体

由弹性材料向塑性材料转变，当应力达到土体结构屈服极限以后，进入塑性变形

阶段。

【关键词】：泥浆；固化剂；无侧限抗压强度；压

缩

天津建设科技

Tianjin Construction Science and Technology

第28卷第1期市政公用建设

篇幅，仅以含水率为140%为例。各龄期下泥浆固化土无侧限抗压强度随固化剂掺量变化曲线见图3。

图3无侧限抗压强度与固化剂掺量关系曲线

由图3可看出，随固化剂掺量的增加，各龄期下泥浆固化土的无侧限抗压强度均呈线性增长。当固化剂掺量为2%时，试样并未很好的成型，强度较弱，而在固化剂掺量达到3%~4%时，其强度明显增加，试样成型较好；当固化剂掺量达5%~7%时，泥浆固化土28d 无侧限抗压强度为0.25~0.45MPa ，已达到压实后工程土的强度。2.2龄期的影响

泥浆固化土的无侧限抗压强度与养生龄期关系曲线，在含水率为120%、140%、160%时特征相似，限于篇幅，仅以含水率为140%为例。各固化剂掺量下泥浆固化土无侧限抗压强度随龄期变化曲线见图4。

图4无侧限抗压强度随龄期变化曲线

由图4可看出，各固化剂掺量下，泥浆固化土无侧限强度均随龄期的增长而增长，增幅与固化剂掺量有关。固化剂掺量为2%时，强度增长不明显；固化剂掺量为3%~5%时，7~28d 强度增长明显，近似于线性增长，之后逐渐趋缓；固化剂掺量为6%~7%时，7~14d 强度增幅最大，14~28d 次之，28~60d 最小，说明固化剂的作用在28d 时已经接近最大，所以养护周期可为28d 。2.3含水率的影响

泥浆固化土的无侧限抗压强度与含水率关系曲线，

在各养护龄期下特征相似，限于篇幅，仅以14d 龄期为例。各固化剂掺量下泥浆固化土无侧限抗压强度随含水率变化曲线见图5。

图5无侧限抗压强度随含水率变化曲线

由图5可看出，泥浆固化土无侧限抗压强度随泥浆含水率的增加而减小，减幅与固化剂掺量有关。当固化剂掺量为2%时，减幅较小，但强度很低；固化剂掺量为3%时，减幅较小，曲线平缓；固化剂掺量＞4%时，曲线斜率明显增大，说明固化剂＞4%时对含水率变化敏感，强度减幅大。

综上所述，当固化剂掺量为3%时，其强度在各个含水率下均比较稳定，强度值均能达到经过自然沉积的海积软土抗压强度值（25kPa 左右）且泥浆含水率为140%时，其强度衰减也并不明显，所以后续力学特性试验均以140%、160%含水率，3%掺比试样来进行试验。

3泥浆固化土压缩性能分析

土的压缩是孔隙减小以及排水的过程，可以反映土中孔隙变化的规律，土的压缩特性与土体本身结构组成以及受力状态有关，可采用压缩系数表征。

泥浆固化土属于偏脆性材料，在无侧限抗压的情况下会产生裂纹破坏，而在有侧限的压缩试验中，其结构性对压缩曲线的影响不容忽视。为研究其压缩特性，采用含水率140%、160%泥浆，固化剂掺量3%，进行压缩试验，研究泥浆固化土的压缩特性。试验采用25、50、75、100、200、400、600、800、1200、1600kPa 偏应力分级加载，龄期7、14、28d 。试验结果见图6。

a ）=140%

b ）=160%

图6泥浆固化土-log 曲线

由图6可看出，泥浆固化土压缩曲线呈明显的结构性土特点且具有结构屈服应力，在小应力下孔隙比减幅不明显，初始阶段曲线较为平缓，

土体尚处于弹性1.31.41.51.61.71.81.92.02.12.2140%含水率7d

140%含水率14d 140%含水率28d

10

1001000

/kPa

1.51.61.71.81.9

2.02.12.2160%含水率7d 160%含水率14d 160%含水率28d

10

1001000

/kPa

2.32.40

50100150200250300350400

7d 14d 28d 60d

23

4567

固化剂掺量/%

50100150200250300350400

2%4%6%

3%5%7%

71421

283542495663

龄期/d

50100150200250300120

140160

含水率/%

2%4%6%3%5%7%

市政公用建设