疏浚沉积物资源化利用：沉积物含量对水泥基材料力学性能与环境行为的影响机制研究

本研究针对港口疏浚沉积物处置难题，创新性地将其作为天然砂替代材料应用于水泥基 maritime 工程。通过系统表征沉积物物理化学特性，优化了含60%沉积物的砂浆配方，在淡水和海水养护下分别获得35 MPa和31 MPa抗压强度，动态模量测试证实其长期稳定性。环境评估(EN 12457-2)显示所有重金属浸出浓度均低于惰性废物阈值，为沉积物在海岸工程中的低能耗直接利用提供了技术支撑。

　　

随着全球气候变化和自然资源过度开发，港口疏浚沉积物的处置已成为重大环境挑战。法国每年产生大量需陆地处理的沉积物，传统填埋方式既违背生态转型目标，又造成资源浪费。与此同时，水泥生产作为CO₂排放大户，亟需寻找可持续的原材料替代方案。在此背景下，IMT Nord Europe的研究团队创新性地提出将未经处理的疏浚沉积物直接用作建筑骨料，开展了名为TRAMARIS的跨学科研究。

研究采用法国科戈兰港的疏浚沉积物，通过激光粒度分析(LS 230)、X射线荧光光谱(S4-PIONEER)、扫描电镜(Hitachi S-4300SE/N)等表征技术，系统比较了沉积物与天然砂的物理化学特性。关键实验包括：1) 颗粒级配分析(NF ISO 13320-1)；2) 浸出毒性测试(NF EN 12457-2)；3) 砂浆力学性能测试(4×4×16 cm³试件，Instron压力机)；4) 超声波动态模量测定(PUNDIT仪)。

3.1节通过多物理表征揭示了沉积物的独特性质：比表面积(1.64 m²/g)接近天然砂，但体积密度(1.69 g/cm³)显著更低，含水率高达16%。光学显微镜显示其含有贝壳碎片和棱角状颗粒，激光粒度分析表明D50为420 μm，比砂(620 μm)更细。XRD证实主要成分为石英(SiO₂)和方解石(CaCO₃)，TGA在800°C出现CaCO₃分解峰。

3.2节的配方研究表明，沉积物替代砂比例达60%时达到最佳性能：7/28/90天抗压强度分别为17/31/35 MPa(淡水养护)，略高于海水养护组。动态模量测试显示沉积物砂浆虽初始模量较低，但随养护时间稳步提升。新鲜状态测试表明，沉积物因低孔隙率可提高流动性(坍落度22.5 cm vs 21.5 cm)。

3.3节环境评估显示，所有配方浸出液中重金属浓度均远低于惰性废物标准(IWSI)，如铬(Cr)<0.004 mg/kg(阈值0.5 mg/kg)，钡(Ba)在盐水养护90天后仅2.33 mg/kg(阈值20 mg/kg)。值得注意的是，盐水环境会轻微增加铜(Cu)和钡的浸出，这与其在碳酸盐溶解和离子络合作用下的行为相关。

结论部分强调，该研究首次实现了未经热活化(850°C)或化学处理的原始沉积物直接利用，60%替代率的配方满足海洋工程强度要求(35 MPa)，且环境安全性通过长期浸出实验验证。从技术经济角度看，这种"零预处理"方案比传统沉积物煅烧方法节能83%，为港口沉积物管理提供了符合循环经济原则的解决方案。研究结果已被应用于法国地中海DIRM项目的海岸基础设施建设，包括预制构件和人工鱼礁等实际工程。

Bader Bouzar等学者的工作突破了沉积物必须改性处理的传统认知，通过多尺度表征-性能优化-环境验证的研究链条，建立了"沉积物-水泥"复合体系的构效关系模型。特别是发现沉积物中微量重金属可被C-S-H(水化硅酸钙)相物理包裹和化学固定，这为开发新型环境友好建材提供了理论依据。该成果发表于《Green Technologies and Sustainability》，为全球海岸带可持续发展提供了重要技术参考。