水泥復(fù)合固化劑加固淤泥的工程性質(zhì)及機(jī)理研究

梅警方，曾慶強(qiáng)，王臻華，項 偉，

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)教育部長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心，湖北 武漢 430074；2.中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430071；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

臨海地區(qū)的路基工程往往會遇到被污染且富含有機(jī)質(zhì)的淤泥，由于其具有低強(qiáng)度、高壓縮性的特性而難以直接被利用。在實(shí)際工程中，通常會選擇將淤泥堆棄處理，但這不僅會造成占用場地、增加工程造價等問題，而且還會污染和破壞生態(tài)環(huán)境。為了解決這一系列的問題，前人嘗試摻入水泥、生石灰和粉煤灰等廉價、普遍的固化材料來對淤泥進(jìn)行改性處理，以實(shí)現(xiàn)淤泥的資源化利用。

由于淤泥形成原因的復(fù)雜多樣，不同的淤泥存在各自的特性和表現(xiàn)，因此選取針對性的固化材料是有效處理淤泥的先決條件。大量研究表明，固化材料對淤泥的固化效果主要與淤泥的基本物化性質(zhì)、固化材料的種類、固化材料的摻量和養(yǎng)護(hù)時間等因素有關(guān)。Tremblay等、Clare等和Zhu等分別探究了淤泥中有機(jī)質(zhì)和水分對水泥固化淤泥的影響；而水泥和生石灰作為兩種廣泛使用的固化材料，其固化處理后的淤泥力學(xué)性質(zhì)及其微觀結(jié)構(gòu)也有大量的研究，研究結(jié)果表明，水泥、生石灰與黏土顆粒發(fā)生的水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)，生成的鈣礬石具有填充作用，水化硅酸鈣(Calcium silicate Hydrate,C-S-H)、水化鋁酸鈣(Calcium aluminate hydrate,C-A-H)具有膠凝作用，相關(guān)化學(xué)反應(yīng)式如下：

26HO→Ca[Al(OH)]·(SO)·26HO

(1)

Ca+2OH+SiO(黏土硅石)→C-S-H

(2)

Ca+2OH+AlO(黏土氧化鈣)→C-A-H

(3)

雖然水泥和生石灰能夠較好地改善淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)，但還不能將其直接轉(zhuǎn)化為路基填筑材料而加以利用。因此，大量學(xué)者研究了在以水泥和生石灰作為主固化材料的基礎(chǔ)上，摻入其他有機(jī)、無機(jī)的化學(xué)材料，以使固化淤泥能更好地滿足工程需要。Lekha等通過檳榔果纖維的加筋作用，進(jìn)一步提高了水泥土的強(qiáng)度，以滿足路用條件；趙辰洋等將吸水樹脂以拌合和布置于淤泥中等方式，研究了吸水樹脂對于降低淤泥初始含水率的影響，并尋求淤泥快速固化的方法；郭印等選用水泥、生石灰、高效減水劑、水玻璃、生石膏、高錳酸鉀、氫氧化鈉和三乙醇胺等固化材料，按一定比例配制成水泥復(fù)合固化劑SN201用于固化淤泥，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其在固化淤泥強(qiáng)度提高方面相對于單摻水泥具有明顯的優(yōu)越性。

目前，大多數(shù)的研究還僅僅集中在固化材料對淤泥力學(xué)性質(zhì)的提高方面，而淤泥作為一種廢棄物被轉(zhuǎn)化為土工建筑材料，很少有研究關(guān)注其中有毒有害物質(zhì)對工程區(qū)域環(huán)境的影響。本研究在選取水泥和生石灰作為固化材料的基礎(chǔ)上，考慮到淤泥中水分、有機(jī)質(zhì)和重金屬離子對固化效果的負(fù)面影響，摻入一定比例的高鐵酸鉀和高分子吸水樹脂，嘗試獲得一種環(huán)境友好型的復(fù)合固化劑。目前高鐵酸鉀和高分子吸水樹脂已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、建筑和衛(wèi)生等領(lǐng)域，其中高鐵酸鉀作為一種高效、環(huán)保的氧化劑能有效去除污水、污泥中多種有機(jī)污染物，降低重金屬離子的毒害；而高分子吸水樹脂具有極強(qiáng)的吸水能力，且在受壓、酸堿環(huán)境下能夠穩(wěn)定存在，并能夠作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑來改善水泥基材料在養(yǎng)護(hù)過程中的自收縮性，同時高分子吸水樹脂中親水基團(tuán)對重金屬的螯合作用可用于重金屬廢液的處理，對銅、鉛、汞等多種重金屬離子都具有良好的吸附效果。

為了探究水泥、生石灰、高鐵酸鉀和高分子吸水樹脂4種固化材料對固化淤泥工程性質(zhì)的影響，本研究將不同的固化材料以一定的比例單獨(dú)或復(fù)合摻入淤泥中，通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和重金屬滲出液試驗(yàn)來評價固化淤泥的力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性，并采用X-射線衍射和掃描電子顯微鏡等手段分析了固化前后淤泥物質(zhì)成分和孔隙結(jié)構(gòu)的變化情況，嘗試揭示不同固化材料在淤泥固化過程中的作用機(jī)制和固化機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)淤泥變廢為寶、資源化利用提供可行的處理對策。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及其理化性質(zhì)

本研究選用福建寧德近海沉積的淤泥作為試驗(yàn)淤泥，取樣深度為0～5 m。試驗(yàn)淤泥呈灰色，帶腥臭味，具有滑膩感，可見炭黑和殘留的植物根系等。依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL 237—1999)測得試驗(yàn)淤泥相關(guān)的基本物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和顆粒級配曲線分別見表1和圖1，其中土壤有機(jī)碳含量采用元素分析儀(Vario EL Cube)測定。按統(tǒng)一土分類法，該淤泥屬于有機(jī)質(zhì)高液限黏土(CHO)。

表1 試驗(yàn)淤泥的基本物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Table 1 Basic physical and chemical properties of the test sludge

圖1 試驗(yàn)淤泥的顆粒級配曲線Fig.1 Particle grading curve of the test sludge

本研究采用X射線衍射儀和X射線熒光分析儀對經(jīng)冷凍風(fēng)干處理的試驗(yàn)淤泥進(jìn)行測試，分別獲得試驗(yàn)淤泥的主要礦物組成和化學(xué)成分，見圖2和表2。

圖2 試驗(yàn)淤泥的X射線衍射圖譜Fig.2 X-ray diffraction pattern of the test sludge

表2 試驗(yàn)淤泥的主要化學(xué)成分(%)Table 2 Main chemical composition of the test sludge(%)

由圖2和表2可知，試驗(yàn)淤泥中黏土礦物主要為蒙脫石和伊利石，含少量高嶺石，其他礦物除石英和長石外還含有少量黃鐵礦；在碳酸鹽類礦物含量較少的情況下，燒失量達(dá)到10.160%，這表明試驗(yàn)淤泥中有機(jī)質(zhì)含量較高。

針對試驗(yàn)淤泥的特點(diǎn)，本試驗(yàn)選取P.S.A32.5礦渣硅酸鹽水泥(C)、生石灰(CaO)、高鐵酸鉀(PF)和高分子吸水樹脂(SAP)作為固化材料，其基本物理化學(xué)性質(zhì)見表3。其中，高分子吸水樹脂主要成分為聚丙烯酸鈉，具有極強(qiáng)的吸水和保水能力，且在加壓和受熱條件下也不易失水，對光、熱、酸、堿的穩(wěn)定性較好。

表3 固化材料的基本物理化學(xué)性質(zhì)Table 3 Basic physical and chemical properties of curing materials

通過前期單摻試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得到復(fù)合固化劑(CCPS)中各固化材料的摻量，其(質(zhì)量)配比為C∶CaO∶PF∶SAP=6∶2∶0.5∶2。

1.2 試樣制備

取6等份一定質(zhì)量去除根系等雜質(zhì)的淤泥，按照其中干土的質(zhì)量摻入不同配比的固化材料，充分?jǐn)嚢瑁謩e得到未固化淤泥(S-0)、摻6%水泥固化淤泥(C-6)、摻2%生石灰固化淤泥(CaO-2)、摻0.5%高鐵酸鉀固化淤泥(PF-0.5)、摻2%高分子吸水樹脂固化淤泥(SAP-2)和摻10.5%復(fù)合固化劑固化淤泥(CCPS)。將未固化淤泥和固化淤泥采用靜壓制樣法按1.8 g/cm的密度分別制備

φ

31.9 mm、

h

=80 mm的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試樣和

φ

61.8 mm、

h

=80 mm的重金屬滲出液試驗(yàn)試樣。用刮土刀將試樣表面抹平，并用聚氯乙烯塑料薄膜包裹，置于溫度為20℃±2℃、濕度為95%±3%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7 d。

2 結(jié)果與討論

2.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

7 d養(yǎng)護(hù)齡期結(jié)束后，參考《土工試驗(yàn)規(guī)程——無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)》(SL 237-020—1999)相關(guān)要求，采用STWCY-1型無側(cè)限壓力儀對未固化淤泥和固化淤泥的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試，每組試樣設(shè)置1個控制樣和3個試驗(yàn)樣。試驗(yàn)開始前，測定控制樣的含水率、密度，并將多余部分試樣冷凍風(fēng)干保存，留待微觀分析。試驗(yàn)中，對3個試驗(yàn)樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測定，以達(dá)到峰值強(qiáng)度或者軸向應(yīng)變達(dá)到15%為終止條件，并取其平均值作為該組試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，若某一試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與其平均值之差大于10%，則剔除該試樣，取剩下的試樣測試值來計算平均值。

未固化淤泥和固化淤泥的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，見圖3。

圖3 未固化淤泥和固化淤泥的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Fig.3 Unconfined compressive strength of unsolidified sludge and solidified sludge

由圖3可見：未固化淤泥試樣S-0的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較低，為0.455 MPa；固化淤泥因摻入的固化材料不同而呈現(xiàn)出不同的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化，其中，試樣PF-0.5和SAP-2相比于試樣S-0，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長并不明顯，試樣C-6和CaO-2相比于試樣S-0，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度顯著提高，試樣CCPS的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高，達(dá)到4.098 MPa，這說明復(fù)合摻入情況下，各種固化材料能協(xié)同作用，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相比于單獨(dú)摻入可顯著提高。

7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)過程中未固化淤泥和固化淤泥的軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，見圖4。

圖4 未固化淤泥和固化淤泥的軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線Fig.4 Axial stress-strain curves of unsolidified sludge and solidified sludge

由圖4可見：試樣S-0和PF-0.5呈現(xiàn)出明顯的延展特性，兩者的軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線接近；試樣SAP-2表現(xiàn)為塑性破壞特征；試樣C-6呈現(xiàn)出應(yīng)變軟化特征；試樣CaO-2和CCPS呈現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征，并在軸向應(yīng)變?yōu)?%附近出現(xiàn)軸向應(yīng)力峰值，隨后軸向應(yīng)力陡然降低，這是由于土體變形破壞特征的變化與其結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，不同的固化材料與土體通過物理化學(xué)作用，會產(chǎn)生不同程度的結(jié)構(gòu)變化。

2.2 滲出液試驗(yàn)

固化后的淤泥一般滲透系數(shù)較低，常規(guī)的滲透試驗(yàn)方法試驗(yàn)周期較長，由此產(chǎn)生的溫度效應(yīng)和時間效應(yīng)會對試驗(yàn)結(jié)果造成較大的影響。本研究參考美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(ASTM)D-5084的試驗(yàn)方法，對柔壁滲透儀進(jìn)行了改進(jìn)，得到淤泥滲出液收集裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 淤泥滲出液收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure diagram of the sludge exudate collection device

根據(jù)Moo-Young等和巫錫勇等的試驗(yàn)研究，設(shè)定300 kPa的氣壓值，以便在短時間內(nèi)獲得土-水相互作用的長期效應(yīng)。試驗(yàn)中采用去離子水作為滲透液，自上而下通過試樣，保證滲透液與試樣充分作用，持續(xù)滲透24 h，并每隔1 h收集滲出液，測試分析滲出液流量、pH值、電導(dǎo)率和重金屬離子濃度等參數(shù)的變化情況。其中，重金屬離子濃度采用ICP-OES(iCAP 6300)對經(jīng)0.22 μm有機(jī)系尼龍6濾頭濾過的10 mL淤泥滲出液進(jìn)行測試分析得到。

2.2.1 單位時間滲出液流量的變化

滲透過程中未固化淤泥和固化淤泥滲出液流量隨時間的變化曲線，見圖6。

圖6 未固化淤泥和固化淤泥滲出液流量隨時間的 變化曲線Fig.6 Variation curves of flow rate of unsolidified sludge and solidified sludge exudate with time

由圖6可見：對于未固化淤泥試樣S-0，滲透初期的單位時間滲出液流量波動較大，大約在12 h后單位時間滲出液流量隨時間的變化趨于穩(wěn)定，約為100 mL/h,這主要是因?yàn)槲垂袒倌囔`敏度較高，在滲透初期存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，隨著滲透時間的推移，土-水相互作用使結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定;對于固化淤泥試樣C-6、CaO-2、PF-0.5和CCPS，滲透初期的單位時間滲出液流量波動較小，大約在8 h后單位時間滲出液流量就趨于平穩(wěn)；不同試樣最終的穩(wěn)定滲出液流量差異明顯，其中試樣CCPS的滲出液流量僅為試樣S-0的1/2，這說明不同固化劑的摻入會改變淤泥的滲透特性，根據(jù)顧正維等的研究，這種差異因固化劑與淤泥發(fā)生不同的物理化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生。

2.2.2 滲出液電導(dǎo)率的變化

滲透過程中未固化淤泥和固化淤泥滲出液電導(dǎo)率隨時間的變化曲線，見圖7。

圖7 未固化淤泥和固化淤泥滲出液電導(dǎo)率隨時間的 變化曲線Fig.7 Variation curves of conductivity of unsolidified sludge and solidified sludge exudate with time

由圖7可見：未固化淤泥和固化淤泥的滲出液電導(dǎo)率均隨滲出時間的變化呈現(xiàn)出良好的對數(shù)關(guān)系;除試樣PF-0.5外，相比于未固化淤泥試樣S-0，各固化淤泥試樣滲出液初始電導(dǎo)率均有不同程度的降低，其中試樣SAP-2和CCPS的滲出液初始電導(dǎo)率降低更為顯著，但趨于穩(wěn)定時兩者的電導(dǎo)率相對較高,這說明高分子吸水樹脂SAP具有吸附淤泥中金屬離子的作用，從而降低了滲出液的電導(dǎo)率;試樣PF-0.5的滲出液初始電導(dǎo)率相比于未固化試樣S-0卻明顯增高，這一方面與高鐵酸鉀中K在滲透過程中不斷溶出損失有關(guān)，另一方面也與高鐵酸鉀氧化裂解淤泥中有機(jī)大分子、釋放了原本被有機(jī)質(zhì)固定的金屬離子有關(guān)。

2.2.3 滲出液中金屬離子濃度的變化

未固化淤泥和固化淤泥初次和末次滲出液中主要重金屬離子濃度的變化情況，見圖8和圖9。

圖8 未固化淤泥和固化淤泥初次滲出液中主要 重金屬離子濃度的變化Fig.8 Change of main heavy metal ions concentration in the primary exudate of unsolidified sludge and solidified sludge

圖9 未固化淤泥和固化淤泥末次滲出液中主要 重金屬離子濃度的變化Fig.9 Change of main heavy metal ions concentration in the last exudate of unsolidified sludge and solidified sludge

由圖8可見：未固化淤泥試樣S-0初次滲出液中主要重金屬離子Cu(II)、Pb(II)和Zn(II)的濃度較高，而經(jīng)不同固化材料處理后的固化淤泥試樣(除試樣PF-0.5外)初次滲出液中重金屬離子濃度均有不同程度的降低，這是因?yàn)楣袒牧系奈桨饔?、pH值的變化都會對淤泥滲出液中重金屬離子的濃度產(chǎn)生影響；摻有高鐵酸鉀的固化淤泥試樣PF-0.5相比于未固化淤泥試樣S-0初次滲出液中重金屬離子的濃度有所增加，這是由于高鐵酸鉀氧化裂解淤泥中的有機(jī)質(zhì)，造成原來被有機(jī)膠體所專性吸附的結(jié)合態(tài)重金屬離子重新釋放，轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的重金屬離子溶出在滲出液中；摻有高分子吸水樹脂的固化淤泥試樣SAP-2和CCPS初次滲出液中重金屬離子濃度降低效果明顯，這是由于高分子吸水樹脂空間網(wǎng)絡(luò)中的—COO官能團(tuán)能與重金屬離子配位，在分子鏈內(nèi)部或分子鏈之間形成螯合結(jié)構(gòu)。

此外，對比固化淤泥試樣SAP-2、CCPS與其他固化淤泥試樣在初次和末次滲出液中重金屬離子濃度的變化情況(見圖8和圖9)可以發(fā)現(xiàn)，末次滲出液中重金屬離子濃度更低，結(jié)合滲出液電導(dǎo)率的變化情況可知，隨著外界溶液濃度的降低，高分子吸水樹脂聚合鏈伸展更充分，在一定程度上增加了重金屬離子與功能官能團(tuán)的接觸機(jī)會，因此固化淤泥試樣SAP-2和CCPS末次滲出液中的重金屬離子濃度比其他固化淤泥試樣更低。

2.3 微觀機(jī)理分析

2.3.1 X-射線衍射分析

取無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中各控制樣5 g，經(jīng)24 h液氮冷凍風(fēng)干處理后過200目方孔篩，采用X-射線衍射儀(X’Pert PRO DY2198)對篩分后的未固化淤泥和固化淤泥進(jìn)行X-射線衍射分析。試驗(yàn)條件：Cu-Kα(

λ

=1.514 8?)輻射，掃描速度為4°/min，掃描范圍為65°～5°(2

θ

)。參考Chew等和Dayioglu等關(guān)于X-射線衍射圖譜中布拉格衍射角的描述，得到未固化淤泥和固化淤泥的X-射線衍射圖譜，見圖10。

圖10 未固化淤泥和固化淤泥的X-射線衍射圖譜Fig.10 X-ray diffraction patterns of unsolidified sludge and solidified sludge

2.3.2 掃描電鏡分析

從無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中各控制樣切取8 mm×8 mm×5 mm的試塊，保證頂面為未擾動的觀察面，將試塊液氮冷凍風(fēng)干24 h后，對觀察面進(jìn)行噴鉑處理，并采用超高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)對試塊進(jìn)行微觀形貌的觀察與分析。

未固化淤泥和固化淤泥在放大500倍或2 000倍情況下的SEM圖像，見圖11。

圖11 未固化淤泥和固化淤泥的SEM圖像(放大500倍或2 000倍)Fig.11 SEM image of unsolidified sludge and solidified sludge(magnified 500 or 2 000 times)

3 復(fù)合固化劑固化淤泥的作用機(jī)制分析

在復(fù)合固化劑固化淤泥的過程中，水泥、生石灰、高鐵酸鉀和高分子吸水樹脂固化材料相互協(xié)調(diào)作用，在微觀上表現(xiàn)為新物質(zhì)的生成和孔隙結(jié)構(gòu)的變化，在宏觀上體現(xiàn)為淤泥強(qiáng)度的提高和對重金屬離子的吸附。未固化淤泥中黏土顆粒多以角、邊與面或邊與邊搭接的方式排列，具有較大的孔隙，對擾動比較敏感，而有機(jī)質(zhì)多呈線性，以聚合態(tài)與黏土顆粒相結(jié)合或以游離態(tài)存在于淤泥孔隙水溶液中，其中52%～98%的有機(jī)質(zhì)與黏土顆粒通過水橋作用和金屬離子的鹽橋結(jié)合在一起，有機(jī)質(zhì)的含氧官能團(tuán)如羧基、酚羥基和羰基等，能與金屬氧化物、金屬氫氧化物及金屬離子形成化學(xué)穩(wěn)定性不同的金屬-有機(jī)配合物。

在新物質(zhì)生成方面，高鐵酸鉀在堿性條件下穩(wěn)定性較好，能夠持續(xù)高效地與腐殖質(zhì)、苯酚類、胺類有機(jī)物作用，將有機(jī)大分子氧化裂解為有機(jī)小分子和無機(jī)鹽[具體轉(zhuǎn)化過程如反應(yīng)式(4)、(5)所示],這一過程消除了胡敏酸和富里酸對水泥水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)的不利影響，但含氧基團(tuán)的破壞釋放了重金屬離子。而高分子吸水樹脂則可以通過官能團(tuán)—COO的氧元素與重金屬離子配位，重新吸附被釋放的重金屬離子，具體反應(yīng)式如下：

(4)

Fe+4OH

(5)

在孔隙結(jié)構(gòu)方面，高鐵酸鉀與有機(jī)物作用，F(xiàn)e(VI)被還原為Fe(III)和Fe(II)，同時Ca(OH)電離出Ca，高價陽離子Fe、Ca與黏土礦物上可交換性低價陽離子K、Na進(jìn)行交換，置換出低價的K、Na，從而減薄了擴(kuò)散層的厚度，促使黏土顆粒形成面對面的堆積排列，密實(shí)度增加。水泥水、生石灰與黏土顆粒作用生成的水化硅酸鈣(C-S-H)晶體和鈣礬石晶體，以及高分子吸水樹脂失水后的殘留體共同填充在固化淤泥孔隙中形成骨架結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

本研究選取水泥、生石灰、高鐵酸鉀和高分子吸水樹脂作為固化材料，通過單摻和復(fù)摻的方式探究了不同固化材料對淤泥工程性質(zhì)的影響，以無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和滲出液中重金屬離子濃度作為評價固化淤泥工程力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，研究了不同固化材料對淤泥的固化效果，并結(jié)合X-射線衍射圖譜和掃描電子顯微鏡圖像分析，探討了不同固化材料在淤泥固化過程中的作用機(jī)制和固化機(jī)理，得到相關(guān)結(jié)論如下：

(1) 采用水泥、生石灰、高鐵酸鉀和高分子吸水樹脂按一定的比例復(fù)摻對淤泥進(jìn)行處理，不僅可以顯著地提高固化淤泥的強(qiáng)度，還能有效地抑制固化淤泥中重金屬離子的溶出，為淤泥這種廢棄污染物實(shí)現(xiàn)資源化利用提供了可行的方案。

(2) 各固化材料單獨(dú)摻入淤泥，主要通過轉(zhuǎn)化自由水、減薄擴(kuò)散層厚度、新物質(zhì)填充孔隙等作用提高了固化淤泥的強(qiáng)度；而在固化材料復(fù)合滲入淤泥條件下，各固化材料相互協(xié)調(diào)，其對淤泥的固化效果明顯優(yōu)于單摻條件，在7 d養(yǎng)護(hù)齡期條件下，復(fù)合固化劑固化淤泥的強(qiáng)度是未固化淤泥的9.01倍。

(3) 不同固化材料的摻入會對固化淤泥的滲透性質(zhì)和滲出液中重金屬離子濃度造成不同程度的影響。在滲透特性方面，滲出液流量的減小是由于固化材料改變了固化淤泥的孔隙結(jié)構(gòu)；在穩(wěn)定重金屬離子方面，水泥、生石灰與淤泥作用生成水化物，一定程度上可對溶解態(tài)的重金屬離子進(jìn)行化學(xué)俘獲和吸附，高分子吸水樹脂則通過空間網(wǎng)絡(luò)中的—COO官能團(tuán)能與重金屬離子配位，抑制了重金屬離子的溶出，但高鐵酸鉀對有機(jī)質(zhì)的氧化裂解作用，卻在一定程度上釋放了原先被有機(jī)質(zhì)絡(luò)合的重金屬離子，造成滲出液中重金屬離子濃度的升高。

(4) 在固化材料單獨(dú)摻入淤泥時，由于淤泥具有高含水率和高有機(jī)質(zhì)含量等特殊性，不能保證固化材料充分發(fā)揮其功能，但固化材料復(fù)合摻入淤泥時卻能夠使固化材料和淤泥的功能相互彌補(bǔ)、相互促進(jìn)，有利于水泥水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)的充分進(jìn)行，生成水化硅酸鈣(C-S-H)晶體和鈣礬石晶體填充孔隙形成骨架結(jié)構(gòu)，促進(jìn)淤泥中高價陽離子Fe、Ca等與黏土顆粒中低價陽離子K、Na進(jìn)行交換，減薄擴(kuò)散層厚度，提高固化淤泥的密實(shí)度。