姜 健，林 偉

（1.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州311231；2.天頌建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 溫嶺317500）

河道淤積將會(huì)影響到防洪、排澇、通航、運(yùn)輸?shù)裙δ埽瑸榱吮Ｗo(hù)環(huán)境，使河道功能得以正常發(fā)揮，各地每年都將開(kāi)展大量的河道清淤疏浚工程，這些工程會(huì)產(chǎn)生巨大的疏浚底泥量。以浙江省杭州市為例，自開(kāi)展“五水共治”以來(lái)，年度產(chǎn)生疏浚底泥達(dá)6 000萬(wàn)m3。疏浚底泥嚴(yán)格意義上可認(rèn)為是工業(yè)廢料，它的資源化處理方法包括填方填海、農(nóng)業(yè)利用、作為建筑原材料等。透水磚用于鋪裝透水路面，對(duì)抗壓強(qiáng)度和密實(shí)度要求不高，以疏浚底泥為原料制備透水磚具有較高的可行性。但是，與黏土等制備透水磚的常用原材料相比，疏浚底泥含水率大、強(qiáng)度低，有些還含有有害有毒物質(zhì)。本文通過(guò)摻入不同摻合料，對(duì)河道疏浚底泥透水磚的強(qiáng)度和透水性影響因素和規(guī)律作進(jìn)一步的研究和分析。

1 試驗(yàn)原料

1.1 河道疏浚底泥

本試驗(yàn)選用杭州市某河道淤泥，其基本物理性質(zhì)見(jiàn)表1；經(jīng)X-射線熒光光譜技術(shù)分析，底泥主要化學(xué)成分見(jiàn)表2［1］。

表1 疏浚底泥基本物理性質(zhì)

表2 疏浚底泥主要化學(xué)成分

1.2 固化劑

本試驗(yàn)選用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥作為固化劑。

1.3 建筑廢砂料

本試驗(yàn)建筑廢砂料選用廢棄的混凝土，經(jīng)破碎后作為骨料。骨料采用5～10 mm、10～20 mm單一粒徑，嚴(yán)控針片狀顆粒；骨料粒徑5 mm以下顆粒含量不應(yīng)大于35%。

1.4 礦物摻合料

礦物摻合料選用粉煤灰、硅灰。粉煤灰為超細(xì)Ⅱ級(jí)火電廠粉煤灰，根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T 1596—2017）》粉煤灰有關(guān)試驗(yàn)方法，測(cè)得主要化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表3 粉煤灰主要化學(xué)成分

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

與普通黏土相比，河道疏浚底泥的孔隙率、含水率均比較大，干密度較低，強(qiáng)度也較低。因此，用壓力成型法制成的透水磚強(qiáng)度也較低。因此，如何在保持較好透水性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高河道疏浚底泥透水磚的抗壓強(qiáng)度，是進(jìn)一步推廣該種產(chǎn)品的重要影響因素之一。本試驗(yàn)擬采用1∶1比例的河道疏浚底泥和普通黏土作為主材，強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥作為固化劑，建筑廢砂料作為骨料，通過(guò)摻加粉煤灰、硅灰等礦物摻合料，研究復(fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料對(duì)河道疏浚底泥透水磚性能的影響規(guī)律。

2.2 試驗(yàn)配合比

本試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 配合比設(shè)計(jì)

2.3 試驗(yàn)方法

1）將疏浚底泥和普通黏土各自風(fēng)干、烘干、去雜，再將疏浚底泥和普通黏土按照1∶1的比例混合破碎后，過(guò)孔徑為5～10 mm、10～20 mm的篩網(wǎng)，去除較大的固體雜質(zhì)和較小的顆粒。

2）將干燥的疏浚底泥、普通黏土和建筑廢砂料混合攪拌均勻；然后加入水泥、摻合料攪拌均勻；最后再加入水進(jìn)行攪拌。

3）攪拌結(jié)束后，將拌合物澆筑在尺寸200 mm×100 mm×50 mm的磚型模具中成型，成型壓力為10 MPa，保持2 min，并將表面抹平［2］。

4）試件放入人工養(yǎng)護(hù)室內(nèi)蒸汽養(yǎng)護(hù)2 d，蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度80℃。取出后脫模，然后作為試驗(yàn)備用。

5）根據(jù)《透水磚（JC/T 945—2005）》中的規(guī)定測(cè)定透水磚抗壓強(qiáng)度，試件數(shù)量5塊，檢查試件表面平整度后，放入常溫水中浸泡24 h。試件取出后用擰干的濕毛巾擦干表面，用壓力機(jī)進(jìn)行破壞試驗(yàn)，記錄破壞荷載P。抗壓強(qiáng)度RC=P/A。

6）根據(jù)《透水磚（JC/T 945—2005）》中的規(guī)定測(cè)定透水磚透水系數(shù)，試件數(shù)量3塊，在3塊試件上制取3個(gè)直徑75 mm、厚度50 mm的圓柱體作為試樣，在試樣四周涂一層密封膠，放入透水儀中［3-4］。透水系數(shù)KT=QL/AHt。

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度（MPa）由公式（1）計(jì)算：

式中：P為破壞荷載，N；

A為試件受壓面積，mm2。

3.1.2 透水系數(shù)

透水系數(shù)（cm/s）由公式（2）計(jì)算：

式中：Q為時(shí)間t秒內(nèi)的滲出水量，mL；

L為試件厚度，cm；

A為試樣上表面面積，cm2；

H為水位差，cm；

t為時(shí)間，s。

3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

3.2 單摻建筑廢砂料

1）從圖1試驗(yàn)結(jié)果看，單摻建筑廢砂料的試樣和復(fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料的試樣相比，無(wú)論礦物摻合料是粉煤灰還是硅灰，單摻試樣的抗壓強(qiáng)度明顯低于復(fù)摻試樣。這是因?yàn)?，礦物摻合料摻入后與水泥熟料發(fā)生進(jìn)一步化學(xué)反應(yīng)，生成具有凝膠性能的水化產(chǎn)物，填充了試樣的孔隙，進(jìn)一步提升了強(qiáng)度。但是在疏浚底泥、普通黏土、水等摻量保持一定的情況下，單摻試樣的抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻量減少和建筑廢砂料摻量增加而逐漸降低。這是因?yàn)椋?組試樣的骨料摻量不斷增加，而水泥摻量不斷減少，水泥熟料生成的水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）和Ca（OH）2晶體也隨之不斷減少，骨料間的孔隙不能得到有效填充，孔隙率不斷增大，因而抗壓強(qiáng)度不斷降低。

圖1 單摻試樣的抗壓強(qiáng)度

2）從圖2的試驗(yàn)結(jié)果看，單摻建筑廢砂料的試樣和復(fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料的試樣相比，其透水性能明顯高于復(fù)摻試樣。這是因?yàn)椋瑥?fù)摻建筑廢砂料-礦物摻合料的試樣，因?yàn)榈V物摻合料生成大量膠凝性能水化產(chǎn)物后，孔隙率不斷降低，密實(shí)度大大提高，影響了試樣的透水性能。同時(shí)，單摻試樣的透水系數(shù)隨著水泥摻量減少、建筑廢砂料摻量增加而不斷增大，這也是因?yàn)樗嘤昧繙p少后，孔隙率不斷變大的緣故。

圖2 單摻試樣的透水性能

3.3 復(fù)摻建筑廢砂料粉煤灰

1）從圖3的試驗(yàn)結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料和粉煤灰后，試樣的強(qiáng)度有所增加。這是因?yàn)?，粉煤灰含有大量的SiO2和Al2O3，和疏浚底泥、普通黏土和水泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生活性反應(yīng)，生成水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）、水化鋁酸鈣（C-A-H膠凝）等膠凝物質(zhì)；并且粉煤灰能填充骨料中的孔隙，對(duì)試樣起到增強(qiáng)作用，提高了試樣的抗壓強(qiáng)度。從圖3中可以看出，隨著粉煤灰摻量的不斷增加，試樣的抗壓強(qiáng)度不斷增加；但與硅灰相比，摻加粉煤灰對(duì)提升試樣抗壓強(qiáng)度的效果比較差，這是因?yàn)榉勖夯业膿搅恳话悴灰诉^(guò)大，試樣改善微型結(jié)構(gòu)的效果不如摻加硅灰明顯。

圖3 復(fù)摻粉煤灰試樣的抗壓強(qiáng)度

2）從圖4試驗(yàn)結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料和粉煤灰后，試樣的透水性能有所降低。這是因?yàn)?，摻加粉煤灰后，試樣的孔隙率進(jìn)一步降低，材料密實(shí)度進(jìn)一步得到提升，因此透水系數(shù)進(jìn)一步降低。

圖4 復(fù)摻粉煤灰試樣的透水性能

3.4 復(fù)摻建筑廢砂料硅灰

1）從圖5試驗(yàn)結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料-硅灰后，試樣的強(qiáng)度與單摻試樣、復(fù)摻建筑廢砂料-粉煤灰試樣相比，有明顯的提升，甚至能達(dá)到《透水磚（JC/T 945—2005）》中規(guī)定的Cc30以上。這是因?yàn)椋杌遗c粉煤灰同屬活性材料，能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）、水化鋁酸鈣（C-A-H膠凝）等膠凝物質(zhì)；同時(shí)，硅粉密度比水泥、粉煤灰小，顆粒比水泥、粉煤灰更細(xì)，等質(zhì)量取代水泥粉煤灰后，膠凝材料的體積增大，透水磚內(nèi)更多、更細(xì)微的孔隙得以填充，充分發(fā)揮了微集料效應(yīng)［4］。因此，與粉煤灰相比，硅灰具有更好的提升強(qiáng)度效果。

圖5 復(fù)摻硅灰試樣的抗壓強(qiáng)度

2）從圖6試驗(yàn)結(jié)果看，復(fù)摻建筑廢砂料-硅灰后，由于試驗(yàn)的孔隙率不斷變小，材料的密實(shí)度進(jìn)一步提升，至使透水性能進(jìn)一步變差。

圖6 復(fù)摻硅灰試樣的透水性能

4 結(jié) 語(yǔ)

1）將疏浚底泥及普通黏土破碎成粒徑為5～10 mm、10～20 mm顆粒，廢棄混凝土制成粒徑為5～10 mm、10～20 mm建筑廢砂料作為骨料，與水泥和水?dāng)嚢?，通過(guò)壓力成型法能制成以疏浚底泥、普通黏土為主要材料的透水磚。但是，該種疏浚底泥透水磚的抗壓強(qiáng)度較低，低于《透水磚（JC/T 945—2005）》中規(guī)定的Cc30標(biāo)準(zhǔn)要求，需要通過(guò)改性進(jìn)一步提升強(qiáng)度。

2）通過(guò)摻入一定量的粉煤灰，與疏浚底泥、普通黏土和水泥中的堿性物質(zhì)，生產(chǎn)大量的水化硅酸鈣（C-S-H膠凝）、水化鋁酸鈣（C-A-H膠凝），能提升疏浚底泥透水磚的抗壓強(qiáng)度，但因受粉煤灰摻入量的限制，提升效果不明顯。同時(shí)，隨著抗壓強(qiáng)度的提升，疏浚底泥透水磚的透水性能逐步下降。

3）通過(guò)摻入一定量的硅灰，因硅灰比粉煤灰更細(xì)，能夠顯著改善骨料與膠凝材料膠結(jié)界面的質(zhì)量，從而提高疏浚底泥透水磚的抗壓強(qiáng)度，基本能達(dá)到《透水磚（JC/T 945—2005）》中規(guī)定的Cc30標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)具有一定的透水性能，具有一定的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。