摘 要：城市污泥的最佳出路是無害化處理、資源化利用、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。本文研究了以管溝污泥等量替代天然細(xì)集料制備水泥混凝土。研究結(jié)果表明：在混凝土中摻加一定管溝污泥可以配制出強(qiáng)度等級為40MPa以上的混凝土，同時(shí)其抗氯離子滲透能力、抗凍性能和抗硫酸鹽侵蝕能力均高于同配合比的基準(zhǔn)混凝土。
關(guān)鍵詞：管溝污泥;水泥混凝土;物理力學(xué)性能;耐久性能
1 引言
管溝污泥是污水從用戶流入污水廠的排水管道中的淤積污泥，它含有大量的砂石，也含有大量的微生物、有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)又具有含水量高、易腐爛、有惡臭等特點(diǎn)，還有超標(biāo)重金屬、病原微生物等。目前上海9個中心城區(qū)全年產(chǎn)生的管溝污泥的1萬噸左右(干基)。過去儲運(yùn)管溝污泥是利用蘇州河、黃浦江通過船外運(yùn)，由于蘇州河綜合治理要求和世博會即將召開，沿河污泥碼頭將逐步拆除，這將直接影響到管溝污泥的出路問題。如果任意排放不加處理，不僅對環(huán)境造成污染，危害人類健康，同時(shí)又是對資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，因此如何對其安全利用已成為世界各國關(guān)注的重點(diǎn)課題之一[1]。
管溝污泥用于水泥混凝土已經(jīng)做了一定的研究工作[2]，但是摻管溝污泥混凝土路用性能和耐久性能沒有進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本文以上海市管溝污泥為處置對象，在進(jìn)行脫水、烘干、去除大顆粒雜質(zhì)等預(yù)處理后，作為細(xì)集料用于水泥混凝土來研究管溝污泥對混凝土路用性能和耐久性能影響。
2 實(shí)驗(yàn)方法
2.1 實(shí)驗(yàn)原材料
水泥：采用海螺牌P.0.42.5普通硅酸鹽水泥。其化學(xué)成分及物理力學(xué)性能見表1。
集料：細(xì)集料采用中砂；粗集料采用粒徑為5～38mm的石灰石。
管溝污泥為上海市排水系統(tǒng)管溝污泥集中堆場。管溝污泥的物理性能特征見文獻(xiàn)[2]。
2.2 實(shí)驗(yàn)方法
1) 凝結(jié)時(shí)間及需水量測定按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
2) 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行；
3) 混凝土氯離子滲透試驗(yàn)按照ASTM1202方法進(jìn)行；
4) 混凝土耐久性能按照GBJ82-85《普通混凝土長期性能和耐久性實(shí)驗(yàn)方法》進(jìn)行；
5) 混凝土耐磨性能按照GB/T12988-91的試驗(yàn)方法，采用GLM-200鋼輪式混凝土磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。
3 結(jié)果與討論
3.1 管溝污泥對水泥混凝土物理力學(xué)性能影響
3.1.1 管溝污泥對水泥凝結(jié)時(shí)間與需水量的影響
表2是管溝污泥對水泥凝結(jié)時(shí)間與需水量的影響情況。
由表中結(jié)果可見，在水泥中摻加污泥會提高水泥漿體的需水量，延長其凝結(jié)時(shí)間，并隨著污泥摻量的增加漿體的需水量增加，凝結(jié)時(shí)間延長。污泥對水泥漿體的安定性無明顯影響。
污泥吸水率大是水泥漿體在摻加污泥后需水量大的主要原因，同時(shí)由于污泥基本沒有水硬活性，從而使?jié){體中的膠凝材料相對減少，所以漿體的凝結(jié)時(shí)間延長。
3.1.2 管溝污泥對水泥混凝土力學(xué)性能的影響
表3中列出了基準(zhǔn)混凝土和各摻量污泥水泥混凝土的物理力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
從表中結(jié)果可以看出，隨著污泥摻量增加混凝土坍落度有明顯的降低；不同摻量的污泥對混凝土抗壓強(qiáng)度影響各不相同，隨著污泥摻量的增加先降低后提高。這是由于污泥摻入有兩個作用，其一是污泥的吸水率比天然砂大實(shí)際水灰比減小，使混凝土強(qiáng)度提高；另一方面污泥中含泥量大于天然砂使混凝土強(qiáng)度下降。當(dāng)正效應(yīng)大于負(fù)效應(yīng)時(shí)，宏觀上表現(xiàn)出混凝土強(qiáng)度提高。而不同摻量污泥對混凝土抗折強(qiáng)度影響呈線性關(guān)系，即隨著污泥摻量的增加抗折強(qiáng)度呈下降趨勢。此外摻污泥混凝土的容重隨著污泥摻量的提高而下降，這都與污泥本身的容重較天然砂小和彈性模量比天然細(xì)集料低有密切關(guān)系。
3.2 管溝污泥對水泥混凝土氯離子滲透性能的影響
表4中列出的混凝土和各摻量污泥水泥混凝土的氯離子滲透性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著污泥摻量的增加混凝土抗氯離子能力有明顯提高，這是由于污泥中小于0.16mm以下的顆粒較多，這些顆粒中的一些更細(xì)顆粒具有微集料效應(yīng)，使混凝土的致密性有一定的提高。此外隨著污泥摻量增加混凝土實(shí)際水灰比減小，混凝土的致密程度也有一定的提高，綜合上述二個因素，在混凝土中摻加一定量的污泥對混凝土與遷移有關(guān)的耐久性能有比較顯著的改善作用。
3.3 管溝污泥對水泥混凝土抗凍融循環(huán)能力影響
在水泥混凝土中采用管溝污泥替代部分細(xì)集料的混凝土抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果列于表5
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨管溝污泥摻量增加水泥混凝土抗凍性能明顯提高，對于管溝污泥摻量為30%的混凝土經(jīng)100次動融循環(huán)抗壓強(qiáng)度非但沒有下降，而且有17%以上的提高。究其原因在于污泥中小于0.16mm顆粒填充了混凝土毛細(xì)孔和細(xì)裂紋，使混凝土的致密性有一定程度提高。此外隨著污泥摻量增加，由于其具有一定的保水作用，使混凝土由失水收縮造成的開裂程度下降。從而緩解了摻污泥混凝土產(chǎn)生凍結(jié)水來源，故能改善混凝土的抗凍性能。
3.4 摻管溝污泥水泥混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能
表6是摻管溝污泥水泥混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
由表中結(jié)果可以看出，隨著污泥摻量增加混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能先降低后提高。這是由于污泥摻入對于混凝土有二個作用，其一是污泥的吸水率比天然砂大實(shí)際水灰比減小，同時(shí)污泥的微小顆粒較多具有微集料填充效應(yīng)，從而造成混凝土密實(shí)度提高；另一方面，污泥中含泥量大于天然砂使混凝土強(qiáng)度下降。當(dāng)正效應(yīng)大于負(fù)效應(yīng)時(shí)，宏觀上表現(xiàn)出混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力提高。
3.5 摻管溝污泥水泥混凝土耐磨性能
表7中列出了基準(zhǔn)混凝土和各摻量污泥水泥混凝土的耐磨性能測試結(jié)果。
4 結(jié)論
(1) 在混凝土中摻加一定量管溝污泥可以配制出抗壓強(qiáng)度為40Mpa以上的混凝土，并且隨污泥用量增加混凝土坍落度降低，容重下降和抗折強(qiáng)度降低。
(2) 在摻適量污泥的條件下，混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力、抗凍融循環(huán)能力和抗氯離子滲透能力比同配合比混凝土高。
(3) 在混凝土摻加管溝污泥對混凝土耐磨性能無太大影響。
參考文獻(xiàn)：
[1] 尹軍等.我國城市污水污泥的特性與處置現(xiàn)狀[J].中國給水排水,2003, 19 (13):21～24.
[2] 孫家瑛等.管溝污泥對水泥混凝土物理力學(xué)性能影響[J].水泥與混凝土制品,2006,4.
