MOC-煤矸石-河底泥/油污泥/土壤固结材料力学性能分析

摘      要： 以氯氧镁水泥（MOC）、水玻璃为胶凝材料固化河底泥、油污泥和土壤，以煤矸石和粉煤灰为细骨料，在粉煤灰掺量为5%、水灰比为0.5、煤矸石与MOC质量比为0.3的条件下常温常压下固化三种污泥，分析该物料配比对三种污泥的固化效果，分析所得固结体材料的抗压强度和抗折强度。结果表明，该物料配比均可以很好的固化这三种污泥，且与油污泥和土壤制得固结体强度值满足《非烧结垃圾尾矿砖》（JC/T422-2007）MU25级强度要求。在此基础上添加5%水玻璃时MOC-煤矸石-土壤固结体的28天抗压强度（36.20 MPa）和抗折强度（11.20 MPa）最优。

关  键  词：污泥固化； 抗折强度； 无侧限抗压强度； 氯氧镁水泥

引言

污泥处置技术主要包括焚烧、卫生填埋、土地利用、建材利用等[1-2]。将污泥以掺合料的形式制成建筑材料，缓解我国建筑原料短缺问题的同时可缓解污泥难处置的问题[3,4]。将污泥资源化为建材仍然存在强度小、利用率低等问题需要解决。而油污泥被列入了《国家危险废物名录》（其废物类别为HW08），成分非常复杂。因此，研究污泥无害化及资源化利用技术，对我国可持续发展和生态环境保护具有重要意义。将污泥以掺合料的形式制成建筑材料，缓解我国建筑原料短缺问题的同时可缓解剩余污泥难处置的问题[5-7]。本文以氯氧镁水泥、水玻璃为胶凝材料固化河底泥、油污泥和土壤，以粉煤灰和煤矸石为细骨料，从抗压强度和抗折强度分析该物料配比对三种污泥的固化效果，分析该配方的适用性。

1  实验方案

河底泥取自校园沿滨路边河道、含油污泥取自辽宁某油田、土壤取自校园小树林，其组分分析结果见表1。在粉煤灰掺量为5%、水灰比为0.5、煤矸石与MOC质量比为0.3的条件下常温常压下将氯氧镁水泥、水玻璃、粉煤灰、水和污泥混合均匀，物料配比见表2。混合泥浆在振动台中振荡10 min，排除泥浆中的气泡，而后注入40 mm×40 mm×160 mm的模具中，脱膜后在室温下固化一定时间使其固结，用微机控制电液伺服低温压力试验机测试固结体的抗折强度和抗压强度。每个试件三个平行试样，强度值为三个平行试样强度的平均值。

表1 泥样组分分析表

表2 实验方案物料配比

2  结果与讨论

2.1  抗压强度分析

根据实验方案测得固结体试件的抗压强度和抗折强度，图1为抗压强度和抗折强度与养护时间的关系曲线。图1左图显示，养护21天后抗压强度趋于稳定，除SD1和SD2，所有样品28天的抗压强度均在25 MPa以上，满足《非烧结垃圾尾矿砖》MU25强度要求。试件抗压强度值大小顺序为SL1（29.70 MPa）＞SU1(27.00 MPa)＞SD1（16.50 MPa），添加5%水玻璃后,强度值均有所提高，三种固结体抗压强度值顺序仍为SL2（36.20 MPa）＞SU2(31.10 MPa)＞SD2（21.20 MPa）。表明在该设计方案下，MOC-煤矸石-土壤固结体材料的抗压性能最优，MOC-煤矸石-河底泥固结体材料的抗压强度值最低。测得河底泥中有机质含量与土壤中有机质含量接近，有趣的是MOC-煤矸石-河底泥固结体的抗压强度最低，XRF分析结果表明（见表3），河底泥的主要元素组成与油污泥的主要元素组成相似，其中Fe、Ca、Ti元素含量低于油污泥中的含量，且含水量较高，故，在相同的水灰比下，固化河底泥的过程中加水量相对较低，推测河底泥中水主要为分子内结合水，使水化过程中水分不足与形式较多的强度相。

图1 抗压强度（左图）和抗折强度（右图）与养护时间关系曲线

表3 油污泥与河底泥XRD分析结果

2.2  抗折强度分析

图1右图为MOC-煤矸石-污泥固结体的抗折强度与养护时间关系曲线。可知，养护21天后，试件强度基本区域稳定值对于未添加水玻璃的样品，其抗折强度值的顺序与抗压强度值顺序一致，为SL1＞SU1＞SD1，SL1的28天抗折强度为10.20 MPa。添加5%水玻璃后抗折强度均有所提高，三种固结体抗折强度大小顺序仍为SL2＞SU2＞SD2，SL2的天抗折强度为11.20 MPa。

3  结论

在设计的物料配比下，常温常压下可以对三种污泥实现较好固化，表明改配方具有一定的适用性；在物料配比下，与土壤和油污泥所得的固结材料力学性能较好，力学强度满足《非烧结垃圾尾矿砖》MU25强度要求；在此配比的基础上添加5%水玻璃可以提高固结材料的力学性能。

参考文献：

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