20世纪初，经济发达的一些国家由于兴建道 路、港口、机场等工程的需要，采用石灰、水泥等对土 壤进行改良，取得了较好的效果。曹永华[1]等通过 室内试验，向污泥中添加不同比例的石灰、土和粉煤 灰，研究了不同配合比下固化污泥的工程性质。研 究发现，采用适当的配合比情况下，固化污泥的强度 可以满足填埋的要求，抗渗透性也有很大提高。除 了传统的固化剂，国内外专家一直在开发探索新的 有效的污泥固化剂[2],即改良土的材料由传统的固 化剂水泥、石灰、粉煤灰等升级到新型的固化剂。 Chemfix公司[3]利用水溶性硅酸盐和普通水泥处理 机械制造、金属表面处理和冶金等工艺产生的废物 以及高浓度重金属污泥。此后，这一技术还被用于 处理有机物污泥。黄新[4]和刘毅[5]分别用废石膏 和磷石膏作为添加剂加固软土，证明淤泥质黏土添加外加剂后 固化效果更好，刘瑾[6]和楼宏铭[7]分别研究了新型 水溶性高分子土体固化剂和改性木素磺酸钙GCL1 减水剂对污泥固化效果的贡献。Chu等[8]利用铜渣 和水泥对污泥进行了固化，但其固化剂成本很高，不 具有通用性。

　　

　　通过大量的研究发现，新型的污泥固化剂固化 效果一般优于传统固化剂，但是新型固化剂由于_ 般成本较高，只适用于使用量较少的特殊的污泥处 理当中，对于大量的污泥的处理，这些新型的固化剂 并不适用。本研究在水泥-粉煤灰-石灰的基础上 添加聚丙烯酰胺，分析聚丙烯酰胺的影响效果。

　　

　　聚丙烯酰胺作为辅剂（主剂是水泥），具 有用量少、成本低的优点，是其他絮凝剂无法代替的 产品，适用于建筑、造纸、食品、冶金、选矿、煤粉、油 田、水产加工和发酵等行业有机胶体含量较高的废 水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥 及其他工业污泥的脱水处理。本研究选用水泥、石 灰、粉煤灰的比例为5:2: 3,淤泥质土与水泥的比为 9: 1,在水泥、生石灰、粉煤灰的基础上分别加0、 0. 5%、0. 75%、1. 0% 土质量的聚丙烯酰胺的人工重 塑淤泥质土试样（含水率为40%)进行固结试验和 扫描电镜SEM观测试验，分析聚丙烯酰胺与无机材料结合对土孔隙结构的改变和加固效果。

　　

　　1固结试验台州椒江的软黏土属于典型的海积软土，_般 具有高含水率、低强度、高压缩性、低渗透性等特点。 本研究选取淤泥质黏土为研究对象，其物理特性指 标如表1。为了分析土体在固结压力作用下的变形 机制，采用的仪器是北京工业大学的GZQ -1型全 自动气压固结仪，取50,100, 200,400 kPa的固结压 力进行固结，并结合相应的图像定量分析，揭示土体 的变形机制。

　　

　　表1 土的物理性质指标 Table 1 The physical property of natural soil天然含水率w/孔隙比e。液限W L /塑限Wp /土粒相对密度天然土的重度/%%%G £(kN.m-3)

　　

　　36. 60 -50. 51.00-1.3830.7 -42.1020. 00 -24. 602.70-2.7215.1-16.5从图1和图2可以看出，孔隙比随时间的增加 而降低，重塑土孔隙比下降的速度较改良土大得多。 由表2可以看出，压缩系数由大到小分别为：淤泥质 重塑土、加1. 0%聚丙烯酰胺的改良土、加0. 75%聚 丙烯酰胺的改良土、加0%聚丙烯酰胺的改良土、加 0.5%聚丙烯酰胺的改良土，说明聚丙烯酰胺高聚物 与传统的无机结合料（水泥、石灰、粉煤灰）结合是 有效果的，但聚丙烯酰胺的掺量要有适宜的范围，当 其掺入比超过0.5%时，土压缩性反而会比较小掺 量的土大。

　　

　　表2 28 d的压缩系数《1_2 Table 2 The compression coefficient after 28 d curing分类a1-2/MPa-1重塑土0.890加 0% PAM0.173力口 0.5% PAM0.145加 0.75% PAM0.218力口 1.0% PAM0.2922扫描电子显微镜（SEM)观测试验针对室内养护28 d龄期的淤泥质土的重塑土， 加水泥、石灰、粉煤灰的淤泥质土和加水泥、石灰、粉 煤灰、0.5%聚丙烯酰胺的淤泥质土进行扫描电镜观 测。采用的仪器为北京工业大学的FEI - Quanta 200型扫描电子显微镜，首先将样品黏土在样品架 上，喷金以使其导电，测试条件为30 kV,由低倍向 高倍（500倍,2 000倍）进行观察对比样品加聚丙烯 酰胺前后的颗粒和孔隙形貌变化，扫描照片见图3。

　　

　　从图3a、图3b可以看出，淤泥质黏土结构疏 松，孔隙形状不规则，粒间孔隙发育，颗粒接触方式大多为边-面接触或面-面接触，微裂隙发育，而且 团粒尺寸相对偏小。从图3b中可以看出，与重塑土 样相比较，加水泥、石灰、粉煤灰后土颗粒排列更加 紧密，大孔隙在数量和尺寸上明显减少，说明无机材 料的加入提高了 土样的密实度。从图3c中可以看 出，加入聚丙烯酰胺和无机材料后，生成了纤维状， 并不断延伸填充到颗粒的孔隙中，包覆土壤颗粒，形 成土团，使黏土颗粒在基本结构单元的交界面上被 牢牢地粘结在一起，形成具有一定强度的致密的网 状结构。 3 土体细观结构特性定量分析对于SEM试验，定量分析采用放大倍数2 000 倍的图片，运用计算机图像处理技术和MATLAB编 程可以定量地分析黏土的结构变化[10-11]，图片的处 理结果如图4。这里选用4个基本定量参数进行分 析。

　　

　　1)面孔隙度计算。通过孔隙面积的提取来确 定试样的面孔隙度。图像中区域面积用同一标记的 像素个数来表示，在二值化其反色图中，孔隙的面积 就体现为灰度为1的像素的数目。

　　

　　2)孔隙总周长。等于所有孔隙边界长度总和。 数值与孔隙多少和孔隙的形状有关。

　　

　　3)孔隙总面积。等于同一标记的区域中的像 素的个数，反映了土的孔隙所占比例大小。

　　

　　4)圆形度。是一个描述孔隙或颗粒形状的参 数，通过式（1)来计算： 式中：S为区域面积；L为区域周长；R。的范围为（0,1],以圆、正六边形、正方形和正三角形为例，其R。 的值分别为1、〇.91、0. 79、0.60。圆度的值越大，孔 隙或颗粒形状越不规则，圆度值越趋近于1,孔隙或 颗粒形状越趋近于圆形。表3为孔隙细观结构参数 统计。

　　

　　试验结果（表3)表明：1)加入水泥、粉煤灰、生石灰后，淤泥质黏土体 中孔隙的面孔隙度减小，孔隙面积和孔隙周长减小， 说明固化剂能起到填充孔隙的作用。加入聚丙烯酰胺的土样，其微观参数的变化尤其明显。

　　

　　2)经过固化剂固化后改变了淤泥质黏土结构， 土的孔隙形状也随之改变，即孔隙形状变得不规则。

　　

　　3)经对不加聚丙烯酰胺与加聚丙烯酰胺的淤泥表3孔隙细观结构参数统计 Table 3 The statistics of pore microstructural parameter土样面孔隙 度Vm孔隙总周 长/ pm孔隙总面 积 / pm2孔隙圆形度重塑土样0. 453 661.935 562. 460. 57不加聚丙烯酰胺0. 353 002. 633 458. 980. 49加0.5%聚丙烯酰胺0. 332 724.632 174. 280. 47质黏土土样相比较，其孔隙面积、孔隙周长较小，微 观特性较好。因此，从微观特征中也可以看出，聚丙 烯酰胺对黏土、石灰、粉煤灰起到了一定的絮凝作 用。

　　

　　4)掺入水泥后、钙离子可以把分散的黏土聚在 _起形成团粒体，在掺加水泥固化的同时加入部分 粗颗粒材料（粉煤灰）来改善土的物质组成，可以相 对地减少黏粒含量，改善颗粒级配，使得原来是“黏 土基质”结构向“粒状骨架”结构转变，加入聚丙烯 酰胺（大分子链上不含离子基团）后，酰胺基与黏土 能产生氢键，因吸附架桥而絮凝。

　　

　　4结语通过对台州淤泥质黏土的固结试验和SEM图 片定量对比分析，可以得出以下结论：1)水泥-粉煤灰-石灰对淤泥质黏土有_定 的加固效果，聚丙烯酰胺结合无机材料，加固效果比 单加无机材料好。

　　

　　2)经改良后，土压缩性的大小依次为：淤泥质 重塑土、加1.0%聚丙烯酰胺改良土，加0.75%聚丙 烯酰胺改良土、加〇.〇%聚丙烯酰胺改良土、0.5% 聚丙烯酰胺改良土。说明聚丙烯酰胺的掺量有_定 适用的范围，当其掺入比超过0.5%时，孔隙比增加，压缩性反增大。

　　

　　3)对加聚丙烯酰胺与不加聚丙烯酰胺固化的 淤泥质黏土土样相比较，其孔隙面积、孔隙周长较 小，微观特性较好。因此，从微观特征中也可以看 出，聚丙烯酰胺结合无机材料提高了加固效果。