一種新型復合添加絮凝劑在建筑泥漿處理中的研究與應用

沈夏磊

廈門市建安集團有限公司 福建 廈門 361000

陰離子聚丙烯酰胺（簡稱APAM）具有較大的相對分子質(zhì)量，其較長的分子鏈能有效吸附泥漿顆粒，表現(xiàn)出良好的絮凝性和黏合性，能達到較好的泥水分離效果，實現(xiàn)泥漿的固化，可作為建筑泥漿處理的絮凝劑。研究發(fā)現(xiàn)，采用含有陰離子型聚丙烯酰胺成分的復合添加劑，還能有效濾除紅土地區(qū)泥漿中含有的少量鉛、鎘等有害物質(zhì)，達到“零排放、零污染、省成本”的優(yōu)質(zhì)成效。本文通過絮凝劑的使用，驗證各個因素對福建地區(qū)建筑泥漿的最佳絮凝條件，使其達到較好的泥水分離效果，以追求最大的社會效益及工程經(jīng)濟[1-2]。

1 工程概況

廈門市集美區(qū)某樁基工程，共有930根大直徑?jīng)_（鉆）孔混凝土灌注工程樁、261根沖（鉆）孔混凝土灌注支護樁，據(jù)估算，在灌注樁成孔過程中約產(chǎn)生80 000 m3的廢棄泥漿。

在日常的建筑施工中，廢棄泥漿常采用車輛外運或就地晾曬等常規(guī)的辦法處理，存在處理效率低、拖延工期、消耗成本高等問題，施工過程也容易造成嚴重的環(huán)境污染，導致巨大的社會、經(jīng)濟效益損耗。

為減少施工中產(chǎn)生的工業(yè)廢土、廢水，減少對環(huán)境的污染和成本的損耗，提高泥漿處理效率，本工程創(chuàng)新使用了含有陰離子型聚丙烯酰胺成分的復合添加劑對泥漿進行綠色處理，可達到減輕環(huán)境污染和成本損耗的積極效果。

2 工程土質(zhì)特點及適應性

建筑泥漿性質(zhì)取決于施工現(xiàn)場的土質(zhì)情況。中國長江以南的低山丘陵地帶以紅土為主要土質(zhì)分布類型，福建地區(qū)地處亞熱帶季風氣候，常年雨量充沛，熱量豐富，土質(zhì)類型以紅土為主，摻雜少量黃土和人工填土，這在紅土地區(qū)有一定的代表性；建筑施工中生成的泥漿，富含鐵﹑鋁氧化物和石英、云母等礦物，具有較高的穩(wěn)定性和黏附性，適合選用含有陰離子聚丙烯酰胺成分的復合添加劑作為絮凝劑。

3 工作原理

3.1 陰離子聚丙烯酰胺

圖1 分子鏈極性基吸附架橋作用示意

3.2 復合添加劑

在陰離子聚丙烯酰胺絮凝原理的基礎(chǔ)上研究出一種新型復合添加劑（專利號ZL201710339699.8），該添加劑以陰離子聚丙烯酰胺為主要成分，加入適量的甘油酯、硅烷偶聯(lián)劑和烷基伯胺等藥劑來增強施工效果。當泥漿中的有害物質(zhì)含量超過GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》時，使用新型復合添加劑不但可絮凝泥漿，還可把泥漿中的鉛、鎘等有害物質(zhì)鎖定在絮團中，大大降低有害物質(zhì)含量，并調(diào)節(jié)水的pH值。在建筑施工中，使用新型復合添加劑來處理次生泥漿，能達到最佳的社會、經(jīng)濟效益。

4 試驗設(shè)計與效果

為了能準確計量新型復合添加劑的使用效果與使用方法，專項技術(shù)小組聯(lián)合有關(guān)專家進行科研技術(shù)攻關(guān)，有針對性地結(jié)合工程實際，以陰離子聚丙烯酰胺的比對效果進行科學研究，設(shè)計了以下3個試驗。

試驗1：陰離子聚丙烯酰胺的使用效果。

試驗2：復合添加劑的使用效果。

試驗3：復合添加劑的最佳投放量。

4.1 試驗1：陰離子聚丙烯酰胺的使用效果

4.1.1 泥漿樣品分析

該樣品由微米級別硅酸鹽類礦物微粒形成高度分散混合懸浮體系，且含有鉛、鎘有害物質(zhì)成分，整體顯酸性。

4.1.2 表觀反應

取1 000 mL建筑泥漿樣品裝入量杯中，加入100 mg的陰離子聚丙烯酰胺試劑，用玻璃棒順時針攪動10回合，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)泥漿中逐漸有大絮團生成，并快速沉降到杯底，形成沉降界面，液體也變得澄清。

4.1.3 微觀反應

取1 000 mL建筑泥漿樣品裝入量杯中，加入100 mg的陰離子聚丙烯酰胺試劑，用玻璃棒順時針攪動10回合，靜置30 s、45 s、1 min、2 min、3 min、5 min、7 min、9 min、14 min、19 min、25 min（在泥水初步分離過程中先密集檢測，后增大檢測時間間隔），對上清液進行取樣分析檢測，做好觀測記錄。

1）對鉛含量的影響。經(jīng)檢測，原泥漿樣品中鉛含量為0.27 mg/L，加入陰離子聚丙烯酰胺試劑后，鉛含量先快速下降，后逐漸穩(wěn)定在0.22 mg/L，降低比例為18.5%，陰離子聚丙烯酰胺對泥漿中鉛含量的影響有限，無法有效降低鉛污染。

2）對鎘含量的影響。經(jīng)檢測，原泥漿樣品中鎘含量為0.03 mg/L，加入陰離子聚丙烯酰胺試劑后，鎘含量變?yōu)?.02 mg/L，變化量小，陰離子聚丙烯酰胺對泥漿中鎘含量的降低基本上不起作用。

3）對pH值的影響。原泥漿pH值為5.7，加入陰離子聚丙烯酰胺試劑后，pH值先快速上升，后逐漸穩(wěn)定在5.8，上升比例為1.8%，可認為陰離子聚丙烯酰胺不影響泥漿pH值。

4.1.4 結(jié)論

陰離子聚丙烯酰胺可使泥漿絮凝沉降，但無法有效消除泥漿中鉛、鎘等有害物質(zhì)及調(diào)節(jié)pH值。

4.2 試驗2：復合添加劑的使用效果

為了增強添加劑的施工效果，技術(shù)小組聯(lián)合科研院校進行了大量的配比試驗，研究制備出可大幅度改變泥漿中鉛、鎘、pH值的復合添加劑。

4.2.1 試驗程序

重復4.1.1、4.1.2和4.1.3的試驗程序，在試驗樣品中再加入新型復合添加劑進行測試，記錄觀測到的試驗數(shù)據(jù)。

4.2.22 種試劑分別作用下的試驗比對

經(jīng)過大量的試驗數(shù)據(jù)分析，繪制出鉛含量（圖2）、鎘含量（圖3）和水pH值（圖4）變化圖。

圖2 鉛含量變化

1）鉛含量變化。從鉛含量變化圖可看出，復合添加劑對鉛含量的影響在剛開始時反應劇烈，鉛含量快速下降，后面趨于平緩；復合添加劑對鎘含量的影響比陰離子聚丙烯酰胺試劑高出很多。

圖3 鎘含量變化

圖4 水的pH值變化

2）鎘含量變化。從鎘含量變化圖可看出，復合添加劑對鎘含量的影響在剛開始時反應劇烈，鎘含量快速下降，后面趨于平緩；復合添加劑對鎘含量的影響比陰離子聚丙烯酰胺試劑高出很多。

3）水pH值變化。從水的pH值變化圖可看出，復合添加劑對水pH值的影響在剛開始時反應劇烈，水的pH值快速提高，后半段趨于平緩；而陰離子聚丙烯酰胺試劑對水pH值變化作用不明顯，復合添加劑對水pH值的影響比陰離子聚丙烯酰胺試劑高出很多。

4.2.3 結(jié)論

復合添加劑不僅能夠?qū)⒛酀{中的重金屬有效鎖定在絮團中，對泥漿中的鉛含量、鎘含量和水pH值的調(diào)節(jié)比陰離子聚丙烯酰胺試劑更有效果，可防止分離出水的污染物對工程建設(shè)施工造成新的危害。

4.3 試驗3：復合添加劑的最佳投放量

為了對復合添加劑的投放劑量進行質(zhì)量控制，更體現(xiàn)出經(jīng)濟實效，技術(shù)小組收集了大量的工程實測資料進行數(shù)據(jù)分析，對復合添加劑投放的最佳劑量范圍進行了大膽的推測，以尋求最佳投放量。

4.3.1 投放量實測

泥漿含泥率過高不利于絮凝反應，將泥漿樣品含泥率稀釋為18%，并投加分子量為1200萬的復合添加劑；當投加量為76 mg/L時，產(chǎn)生絮團小且易懸浮，沉降速度慢，能初步形成沉降界面；此時對鉛、鎘含量、pH值的影響開始顯現(xiàn)并可觀測，并逐步提高。

當投加量達到106 mg/L時，泥漿溶液形成穩(wěn)定的沉降界面，有大絮團，沉降速度快，壓實層縮小，上清液濁度98.5 NTU；此時對鉛、鎘含量和pH值的影響曲線已完全平穩(wěn)，不再變化。

4.3.2 結(jié)論

經(jīng)過大量工程數(shù)據(jù)收集和試驗驗證，得出：當泥漿含泥率低于20%時，復合添加劑對其有較好的絮凝分離效果，同時最佳投放量范圍為76～106 mg/L。

5 工程質(zhì)量控制

在本工程中，通過絮凝劑的使用，使泥漿達到泥水初步分離。工程實踐總結(jié)出如下工程質(zhì)量控制要點與方法：

1）在拌和絮凝溶液時，為避免過強的剪切力使分子鏈斷裂，宜采用低速槳葉，控制攪拌速度（60 r/min）；另外，調(diào)配好的絮凝溶液不能長時間存放。

2）泥漿含泥率宜控制在20%以下。建筑泥漿含泥率過大時會使得泥漿初步分離難以實現(xiàn)，因此，施工現(xiàn)場若泥漿含泥率過大，應加入清水使泥漿濃度在20%以下，使絮凝溶液對泥漿達到最佳效果。

3）泥漿與絮凝溶液比例。試驗結(jié)論得出復合添加劑最佳投放量范圍為76～106 mg/L；若施工現(xiàn)場以1 m3藥劑溶液與9 m3泥漿混合，1 m3藥劑溶液濃度范圍應為760～1 060 g/m3。

4）絮凝溶液應與泥漿充分拌和。壓濾機在抽取混合漿料前，應先在漏斗狀的反應罐中充分拌和、靜置。

6 工程應用效果

在本工程的泥漿處理過程中，通過復合添加劑的使用，達到了最佳的絮凝效果，大大減少了絮凝材料的使用量，也擴大了絮凝技術(shù)的使用范圍[3-5]，能有效應用在紅土土質(zhì)地區(qū)。通過本工程次生泥漿消納綠色施工體系的高效應用，所應用的泥漿消納技術(shù)與傳統(tǒng)泥漿外運處理方式相比，經(jīng)過測算可節(jié)約成本138.8萬元。