《Journal of Building Engineering》：Valorization of marine dredged sediments for the production of compressed stabilized earth blocks: evaluation of mechanical and durability performance
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海洋疏浚淤泥热激活后与氢氧化钙稳定化结合制备压缩稳定土坯块（CSEBs），通过优化稳定剂掺量（10%）和蒸汽养护条件，显著提升材料抗压强度（提高至28.5 MPa）、降低孔隙率（至12.3%）和水吸收率（0.8%），同时增强抗侵蚀性能，验证了疏浚淤泥资源化利用的可行性及环境效益。
普拉尚特·德夫达（Prashant Devda）| 斯尼格达·布坦杰（Snigdha Bhutange）| 萨尔曼·穆罕默德（Salman Muhammad）
印度理工学院孟买分校土木工程系，印度孟买400076
摘要：
海洋疏浚沉积物的处理面临重大环境挑战，因为每年产生的大量沉积物通常被视为废物。将这些沉积物转化为建筑材料提供了一种可持续的途径，以减轻处理负担。本研究探讨了通过热激活和氢氧化钙稳定化来利用疏浚沉积物生产压缩稳定土块（CSEBs）的方法。将煅烧后的疏浚沉积物加入CSEBs中，并通过机械测试、水分传输特性分析和耐久性评估，研究了稳定剂用量和固化制度的影响。结果表明，增加稳定剂含量显著提高了强度，降低了孔隙率和水吸收率，并增强了抗侵蚀能力，这归因于火山灰反应性的增强以及相关的孔隙细化。总体而言，研究表明，由疏浚沉积物制成的稳定化CSEBs能够满足耐久性要求，代表了将疏浚沉积物升级为耐久砌体单元的可行方法，且可能对环境的影响较小。
引言
疏浚在维持航道深度和确保海上作业不受干扰方面发挥着重要作用，其目的是管理来自自然和人为来源的海底沉积物沉积。全球每年有大量的沉积物被疏浚（见表1）。在印度，主要港口每年处理约1.59亿立方米的疏浚材料，随着港口扩建以容纳深吃水船只，这一数字预计还会增加。在未来十年内，包括资本建设和维护工作在内的疏浚需求预计将达到近30亿立方米[1]。
这些疏浚沉积物（DS）的管理带来了相当大的环境挑战，因为它们会被运输并排放到海域[5]。这种做法可能对底栖动植物产生不利影响，这些生物对环境干扰非常敏感，可能难以重新在新的沉积物上定居[6]。由于土地稀缺，陆上储存很少可行，而严格的环境法规禁止未经处理的受污染沉积物直接排放[7]。国际环境政策，如《京都议定书》（1995年）和COP协议（2015年），强调了可持续管理和利用DS的必要性，以减轻生态影响并支持长期的环境管理。为了解决环境问题并遵守日益严格的法规，建筑行业正在积极探索DS的回收和再利用。USAR、SETARMS和SEDIBET等项目已经证明了将沉积物作为建筑材料再利用的可行性，而不是将其作为废物处理[3]。这种方法通过减少填埋处置、最小化自然资源开采和降低建筑材料的碳足迹，为可持续性做出了贡献。建筑行业是资源密集型产业之一，每天消耗近一百万吨原材料[8]、[9]。在建筑材料中使用疏浚沉积物（DS）提供了一种环境负责的资源化途径[10]、[11]。在这方面，Soleimani等人[12]证明，在混凝土中使用疏浚沉积物可以实现可接受的性能，同时保持经济和环境可行性。
土质材料，主要是粘土和淤泥，是最古老的已知建筑材料之一[13]、[14]。据估计，全球仍有40-50%的人口居住在土坯房中[15]。最近，由于其低内含能量和环保特性，土质建筑重新引起了人们的兴趣。压缩土块（CEBs）是通过机械压缩含有水分的亚土壤、粘土、沙子以及有时添加稳定剂的混合物制成的均匀块状物。与传统土坯相比，CEBs具有更高的机械强度、耐久性和适应性，适用于现代承重应用[10]、[16]。其生产过程能耗低，仅需要水泥混凝土所需能量的大约1%[17]。此外，稳定化的土块显示出显著的环境效益，包括累计能源需求减少了39%，全球变暖潜力减少了18%，生命周期成本降低了48%，与传统砌体相比[18]、[19]、[20]。尽管有这些优点，未稳定的土质材料存在诸如抗水性差、易侵蚀、收缩开裂和尺寸稳定性低等局限性[21]。为了克服这些挑战，开发了压缩稳定土块（CSEBs）。使用水泥、石灰、石膏、天然纤维和工业副产品等添加剂进行稳定化，可以提高抗压强度、耐久性和抗环境降解能力[22]、[23]、[24]、[25]。
水泥是最常用的稳定剂，已被证明可以有效提高密度、抗压强度和抗水性[26]、[27]、[28]、[29]。然而，水泥生产能耗高，伴随着大量的二氧化碳排放，并且对于粗粒土壤比细粒粘土更有效[30]、[31]。相比之下，石灰在富含粘土的土壤中表现更好，因为化学过程如阳离子交换、絮凝、碳酸化和火山灰反应会导致硅酸钙水合物和铝酸钙水合物的形成[32]、[33]。与OPC相比，石灰通常表现出更低的内含二氧化碳排放和能源需求，主要是因为没有高温熟料生产过程。
波特兰水泥的生产通常会导致每吨水泥0.6-0.9吨的二氧化碳排放，这主要是由于熟料煅烧和燃料燃烧。传统氢氧化钙（CH）的生产也能耗较高，涉及类似的上游过程。然而，文献中也报道了无需煅烧的替代生产氢氧化钙的方法，例如化学浸出或溶解含钙材料[34]。这些方法强调了以较低排放量生产CH的潜力。
尽管石灰稳定化提供了长期强度[35]、[36]，但通过高温固化可以加速早期强度的发展[37]、[38]、[39]。虽然RDS通常缺乏满足CSEBs国际标准所需的性能特性，但CDS作为反应性前体显示出巨大潜力。Monteiro等人[40]研究了RDS在地质聚合物砂浆中的利用价值，表明虽然原始沉积物的碱活化是可行的，但高凝固时间和收缩限制了实际应用；通过与SCM（如偏高岭土）的共利用化取得了改进。相比之下，本研究专注于使用氢氧化钙（CH）生产CSEBs，避免了高碱性活化剂，并采用了更简单的稳定化方法。煅烧通过增加非晶态二氧化硅和氧化铝的含量来增强火山灰活性，这些物质可以与CH反应形成耐用的水化产物，正如作者之前的工作所观察到的[41]。尽管有许多研究探讨了使用原始疏浚沉积物或传统稳定剂（如水泥和石灰）生产CSEBs，但系统性地研究使用CH稳定的煅烧海洋疏浚沉积物的研究仍然很少。
此外，早期涉及CSEBs中煅烧粘土的研究往往依赖于化学或碱性活化剂，而本研究采用了一种更简单且更兼容的稳定化策略，将CDS与CH结合，根据热激活疏浚沉积物的化学性质进行了调整。此外，很少有研究探讨蒸汽固化在CSEBs中加速基于石灰的火山灰反应的作用，基于NZS 4298的全面耐久性评估也很少见。在此背景下，本研究研究了使用CH稳定的CDS生产CSEBs，并考察了补充蒸汽和环境固化制度的影响。进行了全面的性能评估，包括机械性能、水分传输特性和根据NZS 4298的耐久性评估，从而加深了对基于CDS的CSEBs的性能、耐久性和实际应用性的理解。
材料片段
材料
实验研究使用的材料来自印度孟买港的常规维护疏浚作业产生的疏浚沉积物（DS）。这些沉积物主要由细颗粒组成，含水量超过60%。首先在阳光下风干2-3天以减少水分含量，然后在110°C下烘烤以去除剩余水分。干燥后的材料使用颚式破碎机破碎，并进一步研磨至
方法
使用IS 2720 Part-3 [42]中规定的程序测量了RDS和CDS的比重。根据IS 4031 Part-2 [43]，通过Blaine透气性测试评估了这些材料的比表面积（SSA）。结果如表2所示。使用先进的激光散射仪（HORIBA PARTICA LA-960）进行了颗粒大小分布（PSD）分析。样品分散在异丙醇中，超声处理以防止团聚，并通过
材料特性
DS在煅烧后的比重增加，而SSA则降低（表2）。这可以归因于多种因素，如挥发性物质的去除和由于烧结导致的颗粒尺寸增大，从而使颗粒更加致密[54]。在较高温度下，粘土颗粒在接触点融合并在颗粒边界处结合形成更大的颗粒[55]。这一现象可以通过PSD分析得到证实。在图6中，PSD曲线
结论
本研究全面评估了含有海洋疏浚沉积物的CSEBs的性能，强调了CDS和CH作为稳定剂的作用。机械、物理和耐久性评估表明，CH显著提高了强度，降低了孔隙率，并改善了抗水性。在干燥和湿润条件下的抗压强度测试证实了CH的有益影响，含有10% CH的块体表现出更强的强度和耐久性。蒸汽固化
CRediT作者贡献声明
普拉尚特·德夫达（Prashant Devda）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法论，研究，正式分析，数据管理，概念化。萨尔曼·穆罕默德（Salman Muhammad）：撰写 – 审稿与编辑，可视化，验证，监督，软件，资源，方法论，研究，正式分析，概念化。斯尼格达·布坦杰（Snigdha Bhutange）：撰写 – 审稿与编辑，可视化，验证，方法论，数据管理
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能会影响本文报告的工作。
