利用再生石膏和粉煤灰改善軟土強(qiáng)度及耐久性能

張永強(qiáng)

(呂梁公路建設(shè)有限公司，山西呂梁 033000)

0 引言

為了降低垃圾填埋場的處置費(fèi)用和土石方項(xiàng)目的成本，并維持一個良好的環(huán)境，人們針對能夠應(yīng)用到土工項(xiàng)目中作為替代材料的不同類型的廢棄物和再生材料進(jìn)行了大量的研究［1-3］。這類廢棄物及循環(huán)再造材料包括石膏，粉煤灰，水泥窯灰，爐渣，焚燒污水灰，石粉，稻殼灰和工業(yè)用石灰等［4，5］。

石膏可以增加土壤顆粒之間的粘結(jié)性能［6］，將其應(yīng)用到軟土工程中作為穩(wěn)定劑是一種很好的解決措施，但它溶于水，在工程應(yīng)用中面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，添加固化劑以降低石膏的溶解度是非常必要的，以避免發(fā)生任何機(jī)械和環(huán)境危害。部分粉煤灰具有良好的膠凝性能，在軟土的固化應(yīng)用中有了大量的應(yīng)用。粉煤灰作為添加劑應(yīng)用到燒石膏固化的軟土中，將會更經(jīng)濟(jì)地提高軟土的耐久性和降低石膏的溶解度，這將減少所需水泥的用量。本文針對使用粉煤灰和再生石膏作為土壤穩(wěn)定劑以改善軟土的強(qiáng)度和耐久性，進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

1 材料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥:采用華潤牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

穩(wěn)定劑:石膏、粉煤灰，其中值粒徑分別為0.8mm和0.01mm。軟土:高嶺土粘土，其中值粒徑為0.008 mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先將石膏、粉煤灰和水泥在干燥狀態(tài)下混合均勻，然后與濕試土壤混合，并制成直徑50 mm和高度100 mm的圓柱土樣。經(jīng)過24 h養(yǎng)護(hù)之后，在室溫20℃下利用電流互感器進(jìn)行1 d，3 d，7 d，28 d不同時(shí)間的固化。使用北京工具廠生產(chǎn)的型號為LQ-100S的路面材料強(qiáng)度試驗(yàn)儀，以及量程分別為7.5 kN和30 kN的測力環(huán)測定固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，加載速度為該儀器的機(jī)動速度1mm/min。此外，對穩(wěn)定土的基礎(chǔ)上進(jìn)行的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行耐久性評估。

2 結(jié)果與討論

圖1～圖3為添加了不同比例粉煤灰和石膏的軟土的抗壓強(qiáng)度。其中，固化時(shí)間為1 d，3 d，7 d和28 d。由圖可知，石膏和粉煤灰的添加改善了軟土的抗壓強(qiáng)度。一般來說，當(dāng)粘土與石膏，粉煤灰，高爐礦渣水泥混合，它們之間會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而提高軟土的強(qiáng)度。然而，某些因素通過影響化學(xué)反應(yīng)活性間接的控制著強(qiáng)度的變化，如水分含量，穩(wěn)定劑的含量，粘土礦物和穩(wěn)定劑的類型和氣候條件等。此外，改善強(qiáng)度不僅局限于誘導(dǎo)土與固化劑之間的化學(xué)反應(yīng)，而且一些因素也對強(qiáng)度的提高有著重要的聯(lián)系。例如，在本研究中的供試土壤具有高水分含量，特別是在初始階段，強(qiáng)度的提高主要取決于潛在穩(wěn)定劑對水的吸收［7，8］。

對比圖1～圖3，隨著石膏比率的增加，試樣強(qiáng)度逐漸增加。這主要是因?yàn)橐环矫媸嗫梢猿浞治胀寥乐械乃中纬赡z結(jié)化合物，如鈣礬石，增加了強(qiáng)度，同時(shí)減小了孔隙率，進(jìn)而促進(jìn)了土壤顆粒之間的密實(shí)度。另一方面燒石膏中含有部分CaO，與水和二氧化碳可以形成CaCO3，加速土壤試樣的硬化。同時(shí)，粉煤灰也起了非常大的作用，粉煤灰具有非常高的火山灰活性，有助于促進(jìn)鈣礬石的形成。

圖1結(jié)果與圖2，圖3結(jié)果不一致，粉煤灰增加，水泥減少，反而土樣性能下降。這主要是由于粉煤灰自身膠凝性能較差所致，相反石膏卻有較強(qiáng)的膠凝性能。尤其在粉煤灰添加的固化后期情況下效果更為明顯。

圖1 r石膏/土=0條件下，煤灰對軟土性能的影響

圖2 r石膏/土=5%條件下，煤灰對軟土性能的影響

從數(shù)據(jù)曲線分析可知，1 d～7 d前期，土樣的強(qiáng)度迅猛增加，隨著固化時(shí)間的進(jìn)一步延長，土樣強(qiáng)度逐漸增加而趨于穩(wěn)定?？梢姡c傳統(tǒng)只添加水泥的土樣相比，添加石膏穩(wěn)定劑土樣的前期固化時(shí)間短［9，10］。前期固化時(shí)間是一個非常重要的屬性，尤其是當(dāng)供試土壤具有高水分含量的情況下該屬性可以被用來減少施工時(shí)間。

3 結(jié)語

石膏與粉煤灰的組合應(yīng)用對軟土強(qiáng)度和耐久性的提高具有積極的作用。粉煤灰具有潛力以提高再生燒石膏的耐用性與穩(wěn)定的軟粘土層對環(huán)境的影響。根據(jù)測試結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:

1)軟土的強(qiáng)度及耐久性隨著石膏土比率增加而提高。粉煤灰具有輕微的負(fù)面效應(yīng)，應(yīng)該與燒石膏混合應(yīng)用到軟土中。

圖3 r石膏/土=10%條件下，煤灰對軟土性能的影響

2)粉煤灰和燒石膏的增加，容易促進(jìn)軟土試樣中鈣礬石的形成，進(jìn)而影響到試樣的整體性能。

3)相比于固化后期，前期固化時(shí)間對試樣強(qiáng)度的影響較大。

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