【精彩发言回顾】朱亚光先生—工程泥浆资源化利用技术研究与应用

2024-04-23 来源：第三方浏览量:36

　　3月1日，2024(第二届)建筑垃圾资源化利用论坛上青岛理工大学固废综合利用研究院朱亚光院长受邀分享“工程泥浆资源化利用技术研究与应用”。朱院长针对流态回填土、核壳型余泥骨料、建筑垃圾资源化利用产业基地等方向做了详细报告。

朱亚光院长
青岛理工大学固废综合利用研究院
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工程泥浆资源化利用技术研究与应用

　　建筑垃圾现状

　　我国建筑垃圾产量逐年上升，据不完全统计，2020 年的建筑垃圾产量达到了26 亿吨，且每年仍以 10%的增量增长。与发达国家相比，我国对建筑垃圾的资源化利用率较低。我国交通建设过程中，桥梁桩基施工和隧道施工产生了大量的废弃泥浆。

　　工程泥浆的产生与应用

　　盾构泥浆：盾构过程中利用泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的且泥浆作为输送介质，担负着将所有挖出土砂运送到工作井外的任务。

　　桩基泥浆：在钻孔灌注桩过程中泥浆起到了冷却润滑钻杆、悬浮排除钻屑、支持钻孔壁面、控制地层水位以及稳定钻孔壁面的重要作用。

　　地连墙泥浆：地下连续墙施工,泥浆平衡地下水土压力,形成泥皮,维持槽壁稳定且在泥浆循环时,能携带土渣一起排出槽外，降低成槽机械连续施工而产生的温升和磨损,提高设备寿命。

　　工程泥浆存在问题

　　废弃泥浆作为建筑垃圾的主要存在，由于多细颗粒、高含水率、有一定的污染性，使其处理利用异常困难。

　　建筑泥浆无序处置现象普遍存在。建筑泥浆的产出量巨大，非法收运处置现象仍然存在。大部分工地的建筑余泥的处理率极低，甚至未经处理，就被施工企业运往郊外露天堆放或倒入江河，很多工地趁着天黑，偷偷地把余泥排入河道。

　　资源化利用技术水平较低，造成环境污染。建筑工地消纳空间往往不足，现场固化脱水处置难度大，工期长。当前废弃泥浆一体化处置设施总体水平不高，难以达到低成本高产出的成品资源化利用技术低。现有的一些工艺难以做到完全控制泥浆中的污染物，环保措施不到位，处置不完善，引起环境污染。

　　流态回填土

　　1、流动性回填材料

　　控制性低强度材料(Controlled LowStrength Materials简称CLSM)，是北美国家在20世纪90年代开始将此应用于回填工程中，取得了良好的经济与社会效益。但国内有关CLSM的理论研究和工程经验的报道则很少。

　　根据美国混凝土协会(ACI)的定义，CLSM是一种具有自我充填性质、其28d无围抗压强度小于8.4MPa的低强度(与普通混凝土相比)水泥质材料，又称“流动性回填材料”。

　　目前来讲，大多数的研究者在其原材料中会选择淤泥或土来进行制备，在固化剂处理中，会将矿渣或粉煤灰代替水泥，从而减少水泥用量。

　　图5从组成上来讲，CLSM 主要由水泥、辅助胶凝材料、细骨料及必要的水组成，有时候也会加入一些外加剂(减水剂、引气剂等)，

　　图6 总结了可用于制备CLSM 的原材料，其中粉煤灰、高炉矿渣等超细粉的加入，因其本身的“滚珠效应”提高了浆体的流动性，同时后期的火山灰效应保证了硬化强度。除此之外，铸造砂、橡胶粉、废弃玻璃、渣土淤泥等作为替代细骨料也有相应研究。

　　2、余泥制备流态回填土实验研究

　　余泥作为工程泥浆、工程渣土“产出”的废料。工程渣土进行泥沙分离，分离出的砂石骨料作为原材料继续运用于工程中。剩余泥渣(余泥)主要成分为粘土，其施工性能差，一般不能满足工程要求，若作为回填方材料进行使用，必须改善其高含水率、低强度和稳定性差的特点，因此余泥并没有得到很好利用。

　　通过控制胶凝材料始终为原材料的10%，分别利用粉煤灰和矿粉替代水泥，产生不同的配合比。

　　其中S1-S5分别代表着水灰比为7.4、7.6、7.8、8.0、8.2；F1-F5分别代表着粉煤灰占胶凝材料的含量为0%、12%、24%、36%、48%；K1-K3分别代表着矿粉占胶凝材料的含量为76%、52%、28%。

　　3、流态回填土优点

　　利用泵送(局部溜槽),回填不受场地限制,避免了传统回填施工因夯实不到位造成的不均匀沉降等问题,从而降低了返工成本，其回填的效果可以达到素混凝土的效果,但造价远低于采用混凝土回填。

　　处理了大量的工程现场渣土、工程泥浆,取得了显著的经济、环境和社会效益,特别适用于场地小、作业空间狭窄的工程。

　　流态回填土节省人工成本投入,能够加快施工速度,间接节省项目成本,回填2∶8灰土施工需要投入较大的人工,而采用流态回填土几乎不需要人工投入。

　　流态回填土具有自密实性和固化性,可达到取消防水保护层的效果,节约成本,且满足一定的强度要求,施工质量易于保证。

　　核壳型余泥骨料

　　1、骨料现状

　　工程泥浆：年产量日益增多；有效利用率低(填埋、堆放)，浪费土地资源、污染环境。

　　天然骨料：需求量增多，部分地区供不应求；l过度开采，对生态环境产生影响。

　　余泥固化骨料：吸水率大；力学强度低；应用领域受到限制。

2、核壳型余泥骨料制备流程

3、余泥骨料制备工艺

　　4、余泥骨料性能研究

　　壳核质量比对固化余泥骨料基本性能的影响

　　壳层结构对余泥骨料的基本性能均有改善作用，且壳核质量比越大，壳层厚度越大、对余泥骨料的基本性能改善效果更加显著。

　　1)壳层对外力有分散传递作用，延缓劈裂破坏。

　　2)壳层中水泥掺量增加，水泥水化反应的程度势必加剧。

　　3)当内核材料抗压强度分别为6.02MPa，随着壳层材料抗压强度的提高均呈现先升高趋势。壳层材料抗压强度超过一定强度，骨料单粒强度提高幅度降低。

　　核壳型余泥骨料单粒强度模拟破坏形态和试验破坏形态具有一致性。利用有限元模拟较好的模拟了骨料受力特性。

　　内核直径一定的情况下，壳层厚度在1.5mm以下时，随着壳层厚度的增加核壳型余泥骨料的单粒强度升高较明显，升高幅度均超过20%；

　　5、现场全比例利用地铁弃渣和废弃泥浆工艺流程

6、地铁施工现场泥饼造粒应用

　　青岛地铁6号线朝峨区间采用泥水平衡盾构的施工方法，盾构机平均每天掘进3~4环管片。每天产生盾构渣土200m3左右，废弃泥浆60m3左右。余泥造粒生产线在施工现场进行了示范应用，生产线运行平稳，余泥颗粒初始强度高，可通过现场造粒将余泥骨料吹填于地铁管片衬砌施工，大大减小泥饼外运压力和费用，同时节省采购豆砾石费用。

　　建筑垃圾资源化利用产业基地