硫酸鹽漬土及其改良土強(qiáng)度特性對(duì)比分析

摘 要：爐渣是火力發(fā)電廠和居民燃煤取暖排出的一種固體廢渣，文章以爐渣作為改良劑在室內(nèi)進(jìn)行了天然硫酸鹽漬土和爐渣不同配比的改良硫酸鹽漬土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，分析了不同壓實(shí)度和爐渣摻入量對(duì)天然硫酸鹽漬土強(qiáng)度特性的改良效果。試驗(yàn)結(jié)果表明：壓實(shí)度對(duì)改良硫酸鹽漬土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增幅的影響比爐渣摻入量要大，且在相同壓實(shí)度下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度小幅度增大并有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著爐渣摻入量的增加對(duì)改良硫酸鹽漬土后期強(qiáng)度的影響不明顯。

關(guān)鍵詞：硫酸鹽漬土；改良土；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；剪切強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度

前言

鹽漬土是在特定地理環(huán)境或人為條件下形成的具有特殊性質(zhì)的土，鹽漬土的組成與一般土不同，在固相中含有結(jié)晶鹽，液相中含有鹽溶液，并且其變形和強(qiáng)度特性具有自己的特點(diǎn)，分布一般具有明顯的地域性。前人研究結(jié)果表明，利用物理方法、化學(xué)方法及物理化學(xué)方法改良固化鹽漬土，可提高鹽漬土的強(qiáng)度和剛度[1-4]。爐渣是火力發(fā)電廠和居民燃煤取暖排出的一種固體廢渣，具有強(qiáng)度高、壓縮性小、透水性好的工程特性，文章以固體廢棄物爐渣作為硫酸鹽漬土的改良劑，在室內(nèi)進(jìn)行了硫酸鹽漬土及其改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度特性的對(duì)比試驗(yàn)，以期獲得爐渣廢料處理的新途徑并為硫酸鹽漬土的改良提供理論參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)描述

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所需鹽漬土取自甘肅張掖艾黎大道公路沿線，土樣泛白，土質(zhì)均勻，固體廢棄物爐渣來(lái)源于民用鍋爐燃煤排出的廢渣，爐渣使用前用粉碎機(jī)粉碎并研磨處理，將土樣和處理后的爐渣過(guò)0.5mm土工篩后備用，土樣和爐渣中易溶鹽各離子含量如表1所示，根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40-2007）可確定為硫酸鹽漬土。試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備分為過(guò)篩稱量、混合配料、土樣制備和養(yǎng)護(hù)四個(gè)階段，由擊實(shí)試驗(yàn)得到的天然硫酸鹽漬土和爐渣改良鹽漬土的最優(yōu)含水率和最大干密度數(shù)值相近，因此試樣的制備均按照天然硫酸鹽漬土的最優(yōu)含水率和最大干密度制備，其中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)均采用圓柱體土樣，直徑和高度分別為61.8×61.8mm、61.8×20mm和61.8×40mm，將制備好的試樣裝入塑料袋密封好，在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)（室內(nèi)溫度25℃-28℃），養(yǎng)護(hù)齡期均為7d。

1.3 強(qiáng)度測(cè)試

在試驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用YYW-2型應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限壓力儀，抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)采用材料萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)采用應(yīng)變控制式直剪儀，所有強(qiáng)度試驗(yàn)控制的加載速率均為0.8mm/min，試驗(yàn)過(guò)程中記錄下試樣破壞的最大值。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度特性

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是評(píng)價(jià)改良土力學(xué)強(qiáng)度的常用試驗(yàn)，文章進(jìn)行的是硫酸鹽漬土及其改良土養(yǎng)護(hù)7天不飽水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制不同壓實(shí)度下硫酸鹽漬土及其改良土的7天不飽水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線，如圖1所示。

從圖1可以得出，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的7d養(yǎng)護(hù)齡期條件下，壓實(shí)度和爐渣摻入量均影響硫酸鹽漬土及其改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，且強(qiáng)度隨著壓實(shí)度和爐渣摻入量的增加而增大，強(qiáng)度極差分析后可知壓實(shí)度對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增幅的影響比爐渣摻入量要大。在相同壓實(shí)度下，爐渣摻量從0%增加到10%時(shí)，改良硫酸鹽漬土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增加幅度顯著，并隨著爐渣摻量的進(jìn)一步增加，改良硫酸鹽漬土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度小幅度增大并有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著爐渣摻量的增加對(duì)改良硫酸鹽漬土后期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響不明顯。

2.2 剪切強(qiáng)度特性

土的抗剪強(qiáng)度是研究土力學(xué)非常重要的參考指標(biāo)，可以表征土體抵抗剪切破壞的極限能力。文章剪切試驗(yàn)采用常規(guī)的不固結(jié)不排水法進(jìn)行，加荷等級(jí)依次為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制了不同壓實(shí)度下硫酸鹽漬土及其改良土抗剪強(qiáng)度曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，在每級(jí)垂直荷載作用下，硫酸鹽漬土及其改良土的抗剪強(qiáng)度與爐渣摻入量關(guān)系曲線的變化規(guī)律相似，壓實(shí)度和爐渣摻入量均會(huì)影響硫酸鹽漬土的剪切強(qiáng)度，且剪切強(qiáng)度極差分析后可知壓實(shí)度對(duì)剪切強(qiáng)度增幅的影響比爐渣摻入量要大。在相同壓實(shí)度條件下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土剪切強(qiáng)度增幅減小并有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著爐渣摻量的增加對(duì)改良硫酸鹽漬土后期剪切強(qiáng)度的影響不明顯。

2.3 抗拉強(qiáng)度特性

抗拉強(qiáng)度是材料的一個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)，文章參照混凝土和巖石類材料的劈裂法進(jìn)行了硫酸鹽漬土及其改良土的抗拉強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，該方法對(duì)于測(cè)試鹽漬土的抗拉強(qiáng)度目前尚無(wú)國(guó)家規(guī)范可參考，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制了不同壓實(shí)度下硫酸鹽漬土及其改良土的抗拉強(qiáng)度曲線，如圖3所示。

與圖1和圖2所得的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度對(duì)比可知，硫酸鹽漬土及其改良土抵抗拉伸破壞的能力相對(duì)較弱。從圖3可以看出，壓實(shí)度和爐渣摻入量均會(huì)影響硫酸鹽漬土及其改良土的抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度極差分析后可知，與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度相比較，壓實(shí)度對(duì)硫酸鹽漬土及其改良土抗拉強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)比爐渣摻入量大。且相同壓實(shí)度下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土抗拉強(qiáng)度增幅減小并有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著爐渣摻入量的增加對(duì)改良硫酸鹽漬土后期抗拉強(qiáng)度的影響不明顯。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）用固體廢棄物爐渣對(duì)硫酸鹽漬土進(jìn)行改良，壓實(shí)度對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增幅的影響比爐渣摻入量要大，且在相同壓實(shí)度下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土強(qiáng)度增幅減小并有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著爐渣摻入量的增加對(duì)改良硫酸鹽漬土后期強(qiáng)度的影響不明顯。（2）文章的研究?jī)H限于單一的固體廢棄物爐渣對(duì)硫酸鹽漬土改良效果，進(jìn)一步的推廣及應(yīng)用尚需更多的試驗(yàn)驗(yàn)證。

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作者簡(jiǎn)介：秦虎（1985-），男，甘肅張掖人，工學(xué)博士，副教授，從事巖土工程與地下空間方面的教學(xué)與科研工作。