摘 要：城市污泥的最佳出路是无害化处理、资源化利用、产业化发展。本文研究了以管沟污泥等量替代天然细集料制备水泥混凝土。研究结果表明：在混凝土中掺加一定管沟污泥可以配制出强度等级为40MPa以上的混凝土，同时其抗氯离子渗透能力、抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀能力均高于同配合比的基准混凝土。
关键词：管沟污泥;水泥混凝土;物理力学性能;耐久性能
1 引言
管沟污泥是污水从用户流入污水厂的排水管道中的淤积污泥，它含有大量的砂石，也含有大量的微生物、有机质及氮、磷、钾等营养物质，同时又具有含水量高、易腐烂、有恶臭等特点，还有超标重金属、病原微生物等。目前上海9个中心城区全年产生的管沟污泥的1万吨左右(干基)。过去储运管沟污泥是利用苏州河、黄浦江通过船外运，由于苏州河综合治理要求和世博会即将召开，沿河污泥码头将逐步拆除，这将直接影响到管沟污泥的出路问题。如果任意排放不加处理，不仅对环境造成污染，危害人类健康，同时又是对资源的严重浪费，因此如何对其安全利用已成为世界各国关注的重点课题之一[1]。
管沟污泥用于水泥混凝土已经做了一定的研究工作[2]，但是掺管沟污泥混凝土路用性能和耐久性能没有进行系统的研究。本文以上海市管沟污泥为处置对象，在进行脱水、烘干、去除大颗粒杂质等预处理后，作为细集料用于水泥混凝土来研究管沟污泥对混凝土路用性能和耐久性能影响。
2 实验方法
2.1 实验原材料
水泥：采用海螺牌P.0.42.5普通硅酸盐水泥。其化学成分及物理力学性能见表1。
集料：细集料采用中砂；粗集料采用粒径为5～38mm的石灰石。
管沟污泥为上海市排水系统管沟污泥集中堆场。管沟污泥的物理性能特征见文献[2]。
2.2 实验方法
1) 凝结时间及需水量测定按国家有关标准进行。
2) 混凝土强度试验按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行；
3) 混凝土氯离子渗透试验按照ASTM1202方法进行；
4) 混凝土耐久性能按照GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性实验方法》进行；
5) 混凝土耐磨性能按照GB/T12988-91的试验方法，采用GLM-200钢轮式混凝土磨损试验机进行。
3 结果与讨论
3.1 管沟污泥对水泥混凝土物理力学性能影响
3.1.1 管沟污泥对水泥凝结时间与需水量的影响
表2是管沟污泥对水泥凝结时间与需水量的影响情况。
由表中结果可见，在水泥中掺加污泥会提高水泥浆体的需水量，延长其凝结时间，并随着污泥掺量的增加浆体的需水量增加，凝结时间延长。污泥对水泥浆体的安定性无明显影响。
污泥吸水率大是水泥浆体在掺加污泥后需水量大的主要原因，同时由于污泥基本没有水硬活性，从而使浆体中的胶凝材料相对减少，所以浆体的凝结时间延长。
3.1.2 管沟污泥对水泥混凝土力学性能的影响
表3中列出了基准混凝土和各掺量污泥水泥混凝土的物理力学性能实验结果。
从表中结果可以看出，随着污泥掺量增加混凝土坍落度有明显的降低；不同掺量的污泥对混凝土抗压强度影响各不相同，随着污泥掺量的增加先降低后提高。这是由于污泥掺入有两个作用，其一是污泥的吸水率比天然砂大实际水灰比减小，使混凝土强度提高；另一方面污泥中含泥量大于天然砂使混凝土强度下降。当正效应大于负效应时，宏观上表现出混凝土强度提高。而不同掺量污泥对混凝土抗折强度影响呈线性关系，即随着污泥掺量的增加抗折强度呈下降趋势。此外掺污泥混凝土的容重随着污泥掺量的提高而下降，这都与污泥本身的容重较天然砂小和弹性模量比天然细集料低有密切关系。
3.2 管沟污泥对水泥混凝土氯离子渗透性能的影响
表4中列出的混凝土和各掺量污泥水泥混凝土的氯离子渗透性能的实验结果
由实验结果可以看出，随着污泥掺量的增加混凝土抗氯离子能力有明显提高，这是由于污泥中小于0.16mm以下的颗粒较多，这些颗粒中的一些更细颗粒具有微集料效应，使混凝土的致密性有一定的提高。此外随着污泥掺量增加混凝土实际水灰比减小，混凝土的致密程度也有一定的提高，综合上述二个因素，在混凝土中掺加一定量的污泥对混凝土与迁移有关的耐久性能有比较显著的改善作用。
3.3 管沟污泥对水泥混凝土抗冻融循环能力影响
在水泥混凝土中采用管沟污泥替代部分细集料的混凝土抗冻性能试验结果列于表5
由实验结果可知，随管沟污泥掺量增加水泥混凝土抗冻性能明显提高，对于管沟污泥掺量为30%的混凝土经100次动融循环抗压强度非但没有下降，而且有17%以上的提高。究其原因在于污泥中小于0.16mm颗粒填充了混凝土毛细孔和细裂纹，使混凝土的致密性有一定程度提高。此外随着污泥掺量增加，由于其具有一定的保水作用，使混凝土由失水收缩造成的开裂程度下降。从而缓解了掺污泥混凝土产生冻结水来源，故能改善混凝土的抗冻性能。
3.4 掺管沟污泥水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能
表6是掺管沟污泥水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能实验结果。
由表中结果可以看出，随着污泥掺量增加混凝土抗硫酸盐侵蚀性能先降低后提高。这是由于污泥掺入对于混凝土有二个作用，其一是污泥的吸水率比天然砂大实际水灰比减小，同时污泥的微小颗粒较多具有微集料填充效应，从而造成混凝土密实度提高；另一方面，污泥中含泥量大于天然砂使混凝土强度下降。当正效应大于负效应时，宏观上表现出混凝土抗硫酸盐侵蚀能力提高。
3.5 掺管沟污泥水泥混凝土耐磨性能
表7中列出了基准混凝土和各掺量污泥水泥混凝土的耐磨性能测试结果。
4 结论
(1) 在混凝土中掺加一定量管沟污泥可以配制出抗压强度为40Mpa以上的混凝土，并且随污泥用量增加混凝土坍落度降低，容重下降和抗折强度降低。
(2) 在掺适量污泥的条件下，混凝土抗硫酸盐侵蚀能力、抗冻融循环能力和抗氯离子渗透能力比同配合比混凝土高。
(3) 在混凝土掺加管沟污泥对混凝土耐磨性能无太大影响。
参考文献：
[1] 尹军等.我国城市污水污泥的特性与处置现状[J].中国给水排水,2003, 19 (13):21～24.
[2] 孙家瑛等.管沟污泥对水泥混凝土物理力学性能影响[J].水泥与混凝土制品,2006,4.
