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作者及研究机构
该研究由丰土根、厉治平、张箭（通讯作者）和谢康共同完成。丰土根、厉治平和张箭来自河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，谢康来自中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司。研究发表于《岩土工程学报》（Chinese Journal of Geotechnical Engineering）2024年第46卷第12期。

学术背景
河湖疏浚过程中会产生大量疏浚淤泥，这些淤泥具有高含水率和高压缩性，难以直接用于工程。传统的固化材料如水泥、生石灰等虽然能改善淤泥的工程力学性质，但在强度、密度和成本等方面存在不足。为了实现疏浚淤泥的资源化再利用，并响应碳中和目标，研究团队提出了一种基于二氧化碳泡沫水泥浆的淤泥固化方法。该方法利用二氧化碳作为泡沫气体源，制备二氧化碳泡沫水泥浆，并以此作为固化材料，旨在改善淤泥的力学性能，同时实现二氧化碳的“变废为宝”。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 材料准备：
- 试验所用淤泥取自福建省琅岐岛地区，初始含水率为63.26%。
- 水泥为马鞍山海螺牌普通硅酸盐42.5水泥，符合国家标准。
- 发泡剂选用茶皂素（A2），稳泡剂选用C1，浓度分别为4 g/L和5 g/L。
- 粉煤灰来自绿明源环保材料厂，掺量为30%。

1. 二氧化碳泡沫水泥浆制备：

   • 采用压缩气体法制备二氧化碳水基泡沫，使用定制发泡机将二氧化碳气体引入发泡溶液中。
     
   • 将制备的泡沫与水泥浆混合搅拌，形成二氧化碳泡沫水泥浆。
     

2. 淤泥固化试样制备：

   • 制备无侧限抗压强度、直剪试验和渗透试验试样。
     
   • 试样养护28天，分别在3、7、14和28天进行测试。
     

3. 力学性能测试：

   • 使用TYE-2000B型压力试验机测试无侧限抗压强度。
     
   • 使用应变控制式直剪仪测试内摩擦角和黏聚力。
     
   • 渗透试验测试渗透系数。
     

4. 微观结构分析：

   • 通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析固化淤泥的微观结构和物相组成。
     

5. 成本分析：

   • 对比二氧化碳泡沫水泥浆与普通水泥浆的成本，计算每立方米固化料的成本差异。
     

主要结果
1. 发泡剂与稳泡剂优选：
- 最佳发泡剂为茶皂素（A2），浓度为4 g/L；最佳稳泡剂为C1，浓度为5 g/L。
- 水灰比为1:2.4，粉煤灰掺量为30%时，试样的强密系数最大。

1. 力学性能：

   • 无侧限抗压强度随二氧化碳泡沫水泥浆掺量的增加而增加，3~14天为强度增长的主要阶段。
     
   • 内摩擦角和黏聚力随掺量和养护龄期的增加而增加，分别达到18°~25°和5~10 kPa，满足工程要求。
     
   • 渗透系数随泡沫浆液掺量的增加而降低。
     

2. 微观结构：

   • SEM图像显示，水泥基泡沫浆液形成的网状结构与淤泥颗粒结合，填充孔隙，增强了试样的强度。
     
   • XRD分析表明，水泥水化产物中Ca(OH)2与CO2生成CaCO3的转化率增加约26.1%。
     

3. 成本分析：

   • 二氧化碳泡沫水泥浆的成本为252元/m³，低于普通水泥浆的380元/m³，成本降低约128元/m³。
     

结论
该研究提出了一种基于二氧化碳泡沫水泥浆的淤泥固化方法，通过宏观力学性能测试和微观结构分析，证明了该方法在改善淤泥力学性能方面的有效性。研究结果表明，二氧化碳泡沫水泥浆固化后的淤泥在无侧限抗压强度、内摩擦角和黏聚力方面优于普通水泥浆和空气泡沫水泥浆固化后的淤泥，同时成本更低。此外，该方法还实现了二氧化碳的“变废为宝”，具有重要的环境和经济价值。

研究亮点
1. 创新性：首次将二氧化碳作为泡沫气体源应用于淤泥固化，实现了二氧化碳的资源化利用。
2. 力学性能优化：二氧化碳泡沫水泥浆显著提高了固化淤泥的力学性能，满足工程要求。
3. 成本效益：相较于传统水泥浆，二氧化碳泡沫水泥浆成本更低，具有更高的经济性。
4. 环境价值：该方法响应了碳中和目标，为二氧化碳减排提供了新途径。

其他价值
该研究为疏浚淤泥的资源化再利用提供了新的技术路径，同时也为二氧化碳的“变废为宝”提供了工程实践案例。研究成果在岩土工程、环境保护和资源利用等领域具有广泛的应用前景。