摻廢棄鋼渣的水泥土強度特性試驗探討

張洪鵬

摘要：廢棄鋼渣經(jīng)過一定的加工處理可以二次使用，既能節(jié)約資源，又可以減少環(huán)境污染，推動地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此對于開展有關(guān)廢棄鋼渣水泥土強度特性試驗具有重要意義。本文主要探討了鋼渣滲入量和抗剪強度的關(guān)系、齡期與抗剪強度的關(guān)系、正應(yīng)力和剪切強度的應(yīng)變關(guān)系，通過大量的分析比較得出結(jié)論：隨著垂直壓力的增加，其抗剪強度也在提高;隨著齡期時間的增長，破壞的脆性程度也在增加。

關(guān)鍵詞：廢棄鋼渣;強度特性;直剪試驗;水泥土

鋼渣是鋼鐵生產(chǎn)過程中不可或缺的一種產(chǎn)品，它和水一樣具有相似的礦物質(zhì)成分，可以作為二次資源進(jìn)行再次使用。這些年，許多國家非常重視對鋼渣的研究和利用，基本上實現(xiàn)了需求平衡的狀態(tài)。我國對鋼渣的開采利用較晚，利用率目前不超過35%。循環(huán)使用廢棄鋼渣不但可以減少水泥的用量，而且可以保護(hù)環(huán)境，同時可以增加水泥土的強度。在土木工程地基中，可以研究摻廢棄鋼渣的水泥土強度特性，便于加固軟土地基。

對于一般建筑單體，普遍存在相同問題：由于水泥土強度較低，直接造成復(fù)合地基承受力不足、后期變大變形。因此有必要研究怎樣才能提高水泥土力學(xué)性能。有些學(xué)者研究了水泥砂漿固化土的抗拉、抗壓強度，卻很少研究拉剪強度，這樣不利于認(rèn)識水泥砂漿固化土的強度特性。通過研究摻砂水泥土的抗壓強度，分析在不同齡期、不同摻砂量的條件下，抗壓強度的變化規(guī)律，表明在一定條件下的水泥摻量，加入固定數(shù)量的砂，可以增強水泥土的強度。本次實驗主要是探討摻廢棄鋼渣的水泥土強度特性以及關(guān)于摻廢棄鋼渣加固軟土強度直剪實驗的研究。

一、實驗設(shè)備和方法

（一）所需原料

實驗所需43.5級普通硅酸鹽水泥、淤泥質(zhì)土、普通電鋼渣（必須經(jīng)1.27mm篩選得到）、普通自來水。下圖是實驗配比表：

（二）實驗辦法

在試驗開始前制作水泥土試塊，應(yīng)充分考慮到鋼渣、泥土、水泥各種因素的變量，根據(jù)一定的比例進(jìn)行操作。

下面具體描述如何制作試塊：將水泥、烘土干、鋼渣混合攪拌后同時倒入JJ-7型攪拌機(jī)，再加入對應(yīng)份量的水?dāng)噭驍嚢?0min后，將混合土取出來填入到環(huán)刀內(nèi)，用擊樣器分層擊碎混合土。完成這一系列操作后，送入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)10、17、32小時，一般來說養(yǎng)護(hù)溫度為（21±3 ）℃最為適宜，濕度大于90%最為適宜，當(dāng)養(yǎng)護(hù)到了規(guī)定的時間后，進(jìn)行直剪試驗。

二、鋼渣滲入量和抗剪強度的關(guān)系

研究抗剪強度時，有必要討論鋼渣滲入量和抗剪強度之間的關(guān)系。翻閱部分指數(shù)函數(shù)圖文資料可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

（一）指數(shù)函數(shù)擬合8、15天的曲線關(guān)系最合適，齡期為30天的鋼渣滲入量和抗剪強度不再符合指數(shù)函數(shù)的關(guān)系，其原因為30天鋼渣水化作用明顯。

（二）當(dāng)齡期為8天，當(dāng)鋼滲入量為15%，豎直壓力為220、320、420時，抗剪強度的壓力是最大的。同理，在齡期為15天時也能得到相同結(jié)論。

三、齡期與抗剪強度的關(guān)系

在物理研究中最常見的一種曲線既是齡期和抗剪強度的變化曲線，反映的是強度隨時間的變化曲線，也就是tf-T曲線，如圖一所示。T即為試樣養(yǎng)護(hù)齡期，tf即為試樣剪切抗剪強度，通過研究這種曲線，可以得出如下所示

齡期/T? ?如圖一所示：

（一）分析tf-T曲線，可以找到符合本試驗曲線的結(jié)構(gòu)模型，研究符合何種條件下的抗剪強度最大，便于為試驗的最佳配比提供條件。

（二）當(dāng)曲線斜率幅度逐漸增強，說明在同等壓力作用下，隨著齡期的增長，其抗剪強度也會增加，隨著養(yǎng)護(hù)齡期時間的增加，其整體呈現(xiàn)出一個不斷向上增長的趨勢。結(jié)論：在養(yǎng)護(hù)試樣期間，水泥土的抗剪強度受鋼渣和水泥的水化作用影響明顯，這

些物質(zhì)可以增加抗剪強度，曲線斜率呈不斷增長的趨勢。

四、正應(yīng)力和剪切強度的應(yīng)變關(guān)系

（一）豎向壓力與抗剪強度的關(guān)系

通過分析豎向壓力與抗剪強度的曲線圖（如圖二所示）可以發(fā)現(xiàn)：在包含純水泥的水泥土摻和一定比例的鋼渣，可以提高水泥土的抗剪強度。鋼渣既能增加試塊強度，又能加固軟土。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時間不斷增加時，同等比例的樣品其抗剪強度增加。養(yǎng)護(hù)時間越長，鋼渣和水泥的水化反應(yīng)越強烈，試驗強度也就越高。（二）應(yīng)力應(yīng)變曲線

在材料力學(xué)中，應(yīng)力應(yīng)變曲線是一種最普遍最基礎(chǔ)的圖形。研究這種曲線，有利于分析試件變形和抗剪強度的關(guān)系，具體實驗結(jié)果如下：當(dāng)抗剪強度不斷增加，豎直壓力下的應(yīng)變也不斷增加，當(dāng)垂直壓力為200kpa時沒有垂直壓力為300kpa變形效果明顯。同理垂直壓力為300kpa變形效果小于垂直壓力為400kpa。當(dāng)施加的垂直壓力越大，其變形效果越明顯。當(dāng)垂直壓力達(dá)到400kpa后，隨著抗剪強度的加大，其曲線斜率明顯下降，變形幅度反而隨著抗剪強度增加而減弱。圖三所示即為應(yīng)力應(yīng)變曲線。

五、結(jié)語：

本文主要研究了在水泥土中混入鋼渣，水泥土強度的具體變化。發(fā)現(xiàn)混入廢棄鋼渣的水泥土強度的大小受鋼渣含量、抗剪強度、齡期的影響。得出如下結(jié)論：隨著豎向壓力的增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。當(dāng)鋼渣配比為10%、水泥配比20%，抗剪強度最大，摻鋼渣效果最好。

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