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3月1日，2024(第二屆)建筑垃圾資源化利用論壇上青島理工大學(xué)固廢綜合利用研究院朱亞光院長(zhǎng)受邀分享“工程泥漿資源化利用技術(shù)研究與應(yīng)用”。朱院長(zhǎng)針對(duì)流態(tài)回填土、核殼型余泥骨料、建筑垃圾資源化利用產(chǎn)業(yè)基地等方向做了詳細(xì)報(bào)告。
朱亞光 院長(zhǎng)
青島理工大學(xué)固廢綜合利用研究院
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工程泥漿資源化利用技術(shù)研究與應(yīng)用
建筑垃圾現(xiàn)狀
我國(guó)建筑垃圾產(chǎn)量逐年上升，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020 年的建筑垃圾產(chǎn)量達(dá)到了26 億噸，且每年仍以 10%的增量增長(zhǎng)。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)建筑垃圾的資源化利用率較低。我國(guó)交通建設(shè)過(guò)程中，橋梁樁基施工和隧道施工產(chǎn)生了大量的廢棄泥漿。
工程泥漿的產(chǎn)生與應(yīng)用
盾構(gòu)泥漿：盾構(gòu)過(guò)程中利用泥漿壓力平衡了開(kāi)挖面土壓和水壓，達(dá)到了開(kāi)挖面穩(wěn)定的目的且泥漿作為輸送介質(zhì)，擔(dān)負(fù)著將所有挖出土砂運(yùn)送到工作井外的任務(wù)。
樁基泥漿：在鉆孔灌注樁過(guò)程中泥漿起到了冷卻潤(rùn)滑鉆桿、懸浮排除鉆屑、支持鉆孔壁面、控制地層水位以及穩(wěn)定鉆孔壁面的重要作用。
地連墻泥漿：地下連續(xù)墻施工,泥漿平衡地下水土壓力,形成泥皮,維持槽壁穩(wěn)定且在泥漿循環(huán)時(shí),能攜帶土渣一起排出槽外，降低成槽機(jī)械連續(xù)施工而產(chǎn)生的溫升和磨損,提高設(shè)備壽命。
工程泥漿存在問(wèn)題
廢棄泥漿作為建筑垃圾的主要存在，由于多細(xì)顆粒、高含水率、有一定的污染性，使其處理利用異常困難。
建筑泥漿無(wú)序處置現(xiàn)象普遍存在。建筑泥漿的產(chǎn)出量巨大，非法收運(yùn)處置現(xiàn)象仍然存在。大部分工地的建筑余泥的處理率極低，甚至未經(jīng)處理，就被施工企業(yè)運(yùn)往郊外露天堆放或倒入江河，很多工地趁著天黑，偷偷地把余泥排入河道。
資源化利用技術(shù)水平較低，造成環(huán)境污染。建筑工地消納空間往往不足，現(xiàn)場(chǎng)固化脫水處置難度大，工期長(zhǎng)。當(dāng)前廢棄泥漿一體化處置設(shè)施總體水平不高，難以達(dá)到低成本高產(chǎn)出的成品資源化利用技術(shù)低。現(xiàn)有的一些工藝難以做到完全控制泥漿中的污染物，環(huán)保措施不到位，處置不完善，引起環(huán)境污染。
流態(tài)回填土
1、流動(dòng)性回填材料
控制性低強(qiáng)度材料(Controlled LowStrength Materials簡(jiǎn)稱CLSM)，是北美國(guó)家在20世紀(jì)90年代開(kāi)始將此應(yīng)用于回填工程中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。但國(guó)內(nèi)有關(guān)CLSM的理論研究和工程經(jīng)驗(yàn)的報(bào)道則很少。
根據(jù)美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)的定義，CLSM是一種具有自我充填性質(zhì)、其28d無(wú)圍抗壓強(qiáng)度小于8.4MPa的低強(qiáng)度(與普通混凝土相比)水泥質(zhì)材料，又稱“流動(dòng)性回填材料”。
目前來(lái)講，大多數(shù)的研究者在其原材料中會(huì)選擇淤泥或土來(lái)進(jìn)行制備，在固化劑處理中，會(huì)將礦渣或粉煤灰代替水泥，從而減少水泥用量。
圖5從組成上來(lái)講，CLSM 主要由水泥、輔助膠凝材料、細(xì)骨料及必要的水組成，有時(shí)候也會(huì)加入一些外加劑(減水劑、引氣劑等)，
圖6 總結(jié)了可用于制備CLSM 的原材料，其中粉煤灰、高爐礦渣等超細(xì)粉的加入，因其本身的“滾珠效應(yīng)”提高了漿體的流動(dòng)性，同時(shí)后期的火山灰效應(yīng)保證了硬化強(qiáng)度。除此之外，鑄造砂、橡膠粉、廢棄玻璃、渣土淤泥等作為替代細(xì)骨料也有相應(yīng)研究。
2、余泥制備流態(tài)回填土實(shí)驗(yàn)研究
余泥作為工程泥漿、工程渣土“產(chǎn)出”的廢料。工程渣土進(jìn)行泥沙分離，分離出的砂石骨料作為原材料繼續(xù)運(yùn)用于工程中。剩余泥渣(余泥)主要成分為粘土，其施工性能差，一般不能滿足工程要求，若作為回填方材料進(jìn)行使用，必須改善其高含水率、低強(qiáng)度和穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，因此余泥并沒(méi)有得到很好利用。
通過(guò)控制膠凝材料始終為原材料的10%，分別利用粉煤灰和礦粉替代水泥，產(chǎn)生不同的配合比。
其中S1-S5分別代表著水灰比為7.4、7.6、7.8、8.0、8.2；F1-F5分別代表著粉煤灰占膠凝材料的含量為0%、12%、24%、36%、48%；K1-K3分別代表著礦粉占膠凝材料的含量為76%、52%、28%。
3、流態(tài)回填土優(yōu)點(diǎn)
利用泵送(局部溜槽),回填不受場(chǎng)地限制,避免了傳統(tǒng)回填施工因夯實(shí)不到位造成的不均勻沉降等問(wèn)題,從而降低了返工成本，其回填的效果可以達(dá)到素混凝土的效果,但造價(jià)遠(yuǎn)低于采用混凝土回填。
處理了大量的工程現(xiàn)場(chǎng)渣土、工程泥漿,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益,特別適用于場(chǎng)地小、作業(yè)空間狹窄的工程。
流態(tài)回填土節(jié)省人工成本投入,能夠加快施工速度,間接節(jié)省項(xiàng)目成本,回填2∶8灰土施工需要投入較大的人工,而采用流態(tài)回填土幾乎不需要人工投入。
流態(tài)回填土具有自密實(shí)性和固化性,可達(dá)到取消防水保護(hù)層的效果,節(jié)約成本,且滿足一定的強(qiáng)度要求,施工質(zhì)量易于保證。
核殼型余泥骨料
1、骨料現(xiàn)狀
工程泥漿：年產(chǎn)量日益增多；有效利用率低(填埋、堆放)，浪費(fèi)土地資源、污染環(huán)境。
天然骨料：需求量增多，部分地區(qū)供不應(yīng)求；l過(guò)度開(kāi)采，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。
余泥固化骨料：吸水率大；力學(xué)強(qiáng)度低；應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。
2、核殼型余泥骨料制備流程
3、余泥骨料制備工藝
4、余泥骨料性能研究
殼核質(zhì)量比對(duì)固化余泥骨料基本性能的影響
殼層結(jié)構(gòu)對(duì)余泥骨料的基本性能均有改善作用，且殼核質(zhì)量比越大，殼層厚度越大、對(duì)余泥骨料的基本性能改善效果更加顯著。
1)殼層對(duì)外力有分散傳遞作用，延緩劈裂破壞。
2)殼層中水泥摻量增加，水泥水化反應(yīng)的程度勢(shì)必加劇。
3)當(dāng)內(nèi)核材料抗壓強(qiáng)度分別為6.02MPa，隨著殼層材料抗壓強(qiáng)度的提高均呈現(xiàn)先升高趨勢(shì)。殼層材料抗壓強(qiáng)度超過(guò)一定強(qiáng)度，骨料單粒強(qiáng)度提高幅度降低。
核殼型余泥骨料單粒強(qiáng)度模擬破壞形態(tài)和試驗(yàn)破壞形態(tài)具有一致性。利用有限元模擬較好的模擬了骨料受力特性。
內(nèi)核直徑一定的情況下，殼層厚度在1.5mm以下時(shí)，隨著殼層厚度的增加核殼型余泥骨料的單粒強(qiáng)度升高較明顯，升高幅度均超過(guò)20%；
5、現(xiàn)場(chǎng)全比例利用地鐵棄渣和廢棄泥漿工藝流程
6、地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)泥餅造粒應(yīng)用
青島地鐵6號(hào)線朝峨?yún)^(qū)間采用泥水平衡盾構(gòu)的施工方法，盾構(gòu)機(jī)平均每天掘進(jìn)3~4環(huán)管片。每天產(chǎn)生盾構(gòu)渣土200m3左右，廢棄泥漿60m3左右。余泥造粒生產(chǎn)線在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了示范應(yīng)用，生產(chǎn)線運(yùn)行平穩(wěn)，余泥顆粒初始強(qiáng)度高，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)造粒將余泥骨料吹填于地鐵管片襯砌施工，大大減小泥餅外運(yùn)壓力和費(fèi)用，同時(shí)節(jié)省采購(gòu)豆礫石費(fèi)用。
建筑垃圾資源化利用產(chǎn)業(yè)基地
煙臺(tái)市福山區(qū)福新街道建筑垃圾資源化利用產(chǎn)業(yè)基地
項(xiàng)目主要處理建筑垃圾，最大處理規(guī)模為300萬(wàn)噸/年，其中包括裝修垃圾20萬(wàn)噸/年。項(xiàng)目占地面積68333.68平方米(約102.5畝)，新建生產(chǎn)廠房及辦公用房等各類建筑物5萬(wàn)平方米，綠化面積1.8萬(wàn)平方米，配套完成室外道路、綠化、管線等工程建設(shè)。項(xiàng)目建設(shè)各類生產(chǎn)線8條。
工程渣土泥沙分離余泥固化生產(chǎn)線
非惰性物質(zhì)制備生物質(zhì)能源顆粒
利用裝修垃圾分選出的木材和項(xiàng)目附近秸稈等農(nóng)業(yè)固廢，制備生物質(zhì)顆粒，利用生物質(zhì)成型燃料鍋爐進(jìn)行廠區(qū)的生產(chǎn)和供熱
海綿城市理念下的廠區(qū)建設(shè)方案
本項(xiàng)目在項(xiàng)目廠區(qū)建設(shè)過(guò)程中，擬采用海綿城市的理念，將在廠區(qū)范圍內(nèi)的雨水采用各種方法進(jìn)行回收，通過(guò)雨水收集池過(guò)濾凈化，用于沖洗地面、澆灌花木、噴霧降塵和洗車，最大限度地進(jìn)行雨水回收，節(jié)約用水保護(hù)環(huán)境，降低了生產(chǎn)成本。
原標(biāo)題：【精彩發(fā)言回顧】朱亞光先生—工程泥漿資源化利用技術(shù)研究與應(yīng)用
