基于秸秆灰-石灰-活化剂复合材料的疏浚淤泥协同固化研究：力学性能与可持续性

推荐 为解决疏浚淤泥（DS）高含水率导致的力学性能差、难以直接用于工程应用的问题，研究人员采用秸秆灰（SA）、钙石灰（CL）和硅酸钠-氢氧化钠型活化剂（SS）作为固化剂，通过单因素和中心复合设计实验系统评估了固化效果及其协同作用。结果表明，9% SA-18% CL-18% SS复合固化剂使7天无侧限抗压强度达到3.42 MPa，较单一固化剂提升4.3-14.8倍，并显著降低碳排放和成本，具有显著的工程应用价值和环境经济效益。

　　

论文解读
疏浚淤泥（Dredged Sediment, DS）作为全球范围内河口、沿海及内陆湖泊常见的沉积物，因其高含水率、低力学强度及潜在污染风险，长期以来难以直接用于工程建设。传统固化方法如物理排水、化学固化及热固化虽能实现一定程度的稳定化，但仍面临固化土强度不足、固化周期长及水敏感性高等问题。近年来，碱激发技术因其显著提升早期固化效果的潜力受到关注，但其实际应用仍受限于材料成本与制备工艺的复杂性。

为突破上述瓶颈，湖北省某研究团队创新性地提出以秸秆灰（Straw Ash, SA）、钙石灰（Calcium Lime, CL）及硅酸钠-氢氧化钠型活化剂（Sodium Silicate-Sodium Hydroxide Activator, SS）为复合固化剂，系统评估其对DS的固化效果及协同作用机制。研究通过单因素实验与中心复合设计（Central Composite Design, CCD）实验，量化了0-30 wt%固化剂掺量对淤泥力学性能的影响，并揭示了早期Ca(OH)₂的快速生成、溶液中C-(A)-S-H凝胶的形成及后期CaCO₃的持续沉积是强度发展的关键路径。实验结果表明，9% SA-18% CL-18% SS复合固化剂使7天无侧限抗压强度（Unconfined Compressive Strength, UCS）达到3.42 MPa，较单一固化剂提升4.3-14.8倍，且28天强度进一步增至5.46 MPa。

成本效益分析显示，该复合固化剂较传统材料降低碳排放40-55%、能耗5-40%，同时节约成本79-110%。这一成果不仅为高含水率淤泥的资源化利用提供了新思路，更通过协同效应优化实现了工程性能与环境效益的双赢。研究成果发表于《Environmental Research》，为全球淤泥处置与可持续发展提供了重要参考。

关键技术方法
研究采用单因素实验与中心复合设计（CCD）相结合的方法，系统评估固化剂掺量对DS力学性能的影响，并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术解析固化产物组成与微观结构演变。

研究结论与讨论
研究表明，SA的强吸水性显著提升了高含水率DS的固化效率，CL提供的Ca(OH)₂与SS中的活性硅铝组分通过碱激发反应快速生成C-(A)-S-H凝胶，形成早期强度支撑；而后期CaCO₃的持续沉积则赋予材料长期稳定性。该复合固化体系在成本控制与碳减排方面表现优异，其协同效应机制为工业固废资源化提供了理论依据。未来研究可进一步探索不同地域淤泥特性对固化效果的影响，推动技术规模化应用。