水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

焦健（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110166）

水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

焦健
（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110166）

為研究初始含水率和水泥摻量對(duì)水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，對(duì)齡期為28天，初始含水率為100%、150%和200%，水泥摻量為2%、3%、4%、5%和6%共15組水泥固化淤泥試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨初始含水率增大，單位體積水化產(chǎn)物減少，難以形成整體強(qiáng)度，水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低；隨水泥摻量增大，水泥水化物膠結(jié)填充淤泥土顆粒作用越明顯，水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大。

固化淤泥；初始含水率；水泥摻量；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

0 引言

疏浚淤泥具有較高含水率，由于其力學(xué)性能較差難以直接利用，直接拋填不僅會(huì)形成軟弱地基，而且占用大量土地[1]。因此，合理的處理疏浚淤泥的是一個(gè)重要的研究課題。

對(duì)廢棄的淤泥進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為有用資源是目前各國(guó)應(yīng)用和研究的主流。在各種處理方法中，固化由于其施工效率高以及處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外淤泥處理中得到廣泛的應(yīng)用。目前許多專家學(xué)者針對(duì)粉煤灰[3]、石膏[4]、砂[5]、水泥[6-7]和化學(xué)成固化劑[8]等不同種類固化劑，對(duì)淤泥進(jìn)行固化處理。其中，采用水泥對(duì)淤泥進(jìn)行固化研究最多，效果也最好，故采用水泥作為這次試驗(yàn)的固化劑，水泥摻量是影響其固化效果的重要因素，水泥摻量越多，其固化效果越好，但造價(jià)越高，設(shè)計(jì)時(shí)合理的確定水泥摻量，不僅能滿足工程要求而且能降低造價(jià)。因此研究不同水泥摻量條件下水泥固化淤泥進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度具有一定的意義。

由于疏浚淤泥含水率較高，吹填后淤泥水分逐漸蒸發(fā)，含水率逐漸降低，合理的確定進(jìn)行固化時(shí)的初始含水率，能有效的提高處理的經(jīng)濟(jì)性并縮短堆場(chǎng)的還原周期。針對(duì)初始含水率對(duì)水泥固化淤泥的影響已有研究，但其研究對(duì)象多集中于含水率低于液限的軟土，如李俊才等[9]對(duì)天然含水率為40%和60%的兩種上海軟土加固進(jìn)行對(duì)比，分析了含水率對(duì)加固效果的影響。

在28 d的養(yǎng)護(hù)齡期下，初始含水率為100%、150%和200%，水泥摻量為2%、3%、4%、5%和6%的共12組水泥固化淤泥進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，探討了水泥摻量和初始含水率對(duì)其強(qiáng)度特性的影響。

1 試驗(yàn)材料與程序

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用淤泥取某淤泥吹填場(chǎng)，淤泥比重為2.66，天然含水率為371%，密度為1.14 g/cm3，液限為87%，塑限為24%，根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程可分類定名為高液限黏土CH。水泥為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為32.5，細(xì)度（80 μm）6.8%，初凝時(shí)間320 min。

1.2 試驗(yàn)程序

鑒于吹淤結(jié)束時(shí)，淤泥含水率大于200%并逐漸降低的特點(diǎn)，采用初始含水率為100%、150%和200%淤泥中摻入2%、3%、4%、5%和6%的水泥，試樣用砂漿攪拌機(jī)拌合均勻后，注入模具內(nèi)，模具尺寸為Φ50 mm×100 mm，搗實(shí)后覆蓋，48 h后脫模，脫模后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d。試樣養(yǎng)護(hù)達(dá)到規(guī)定齡期后，采用應(yīng)變式無側(cè)限壓縮儀進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，剪切速率1.12 mm/min。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水泥摻量的影響

為研究水泥摻量對(duì)水泥固化淤泥強(qiáng)度特性的影響，對(duì)水泥摻量為2%、3%、4%、5%和6%的水泥固化淤泥進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。圖1為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻量關(guān)系曲線，圖2為不同水泥摻量下水泥固化淤泥試樣破壞應(yīng)變值。由圖2可知，在不同初始含水條件下，隨水泥摻量增大，水泥固化淤泥試樣無限抗壓強(qiáng)度均增大，且當(dāng)水泥摻量超過5%時(shí)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大明顯，這主要是由于，水泥摻量較少時(shí)，抵抗破壞的水泥骨架難以形成。水泥摻量從2%增大到6%，水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度介于450 kPa到750 kPa之間，且隨水泥摻量增大，水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越大。由圖2可知，在不同初始含水條件下，隨水泥摻量增大，水泥固化淤泥試樣破壞應(yīng)變值減小，水泥摻量為6%時(shí)，初始含水率對(duì)水泥固化淤泥試樣的破壞應(yīng)變值影響不大。這是由于，水泥摻量增大在增大固化淤泥土強(qiáng)度的同時(shí)也增大了其脆性。水泥摻量從2%增大到6%，水泥固化淤泥試樣破壞應(yīng)變值介于3.2%到7.3%之間。

圖1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度-水泥摻量關(guān)系曲線

圖2 破壞應(yīng)變-水泥摻量關(guān)系曲線

2.2 初始含水率的影響

為研究初始含水率對(duì)水泥固化淤泥強(qiáng)度特性的影響，對(duì)初始含水率為100%、150%和200%的水泥固化淤泥進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。圖3為不同水泥摻量條件下水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始含水率關(guān)系曲線，圖4為不同水泥摻量條件下水泥固化淤泥試樣破壞應(yīng)變值與初始含水率關(guān)系曲線。

由圖3可知，隨初始含水率增大，水泥加固淤泥土試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值逐漸減小，且水泥量摻量越高時(shí)，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值隨初始含水率增加的下降越明顯。加固淤泥時(shí)，水泥的作用可分為三部分。其一為物理作用，其二為化學(xué)作用，其三為水泥水化物作用[10]。當(dāng)淤泥含水率較高時(shí)，通過第一和第二種作用并不能明顯降低淤泥的含水率，其水化反應(yīng)仍在一個(gè)較高的含水率條件下進(jìn)行，含水率越高，對(duì)水泥的稀釋作用越強(qiáng)，水泥形成的骨架強(qiáng)度越弱，水泥黏結(jié)淤泥顆粒的能力越弱，表現(xiàn)為含水率越高，水泥固化淤泥強(qiáng)度越低。

由圖3可知，隨初始含水率增大，水泥固化淤泥土試樣的破壞變形逐漸增大。這主要是由于，初始含水率較大時(shí)，水泥與淤泥共同形成的固化體孔隙越多，固化體更易被壓縮產(chǎn)生塑性變形，從而表現(xiàn)為含水率越大，水泥固化淤泥土破壞變形越大。

圖3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度-初始含水率關(guān)系曲線

圖4 破壞應(yīng)變-初始含水率關(guān)系曲線

3 結(jié)論

在28 d齡期下，對(duì)始含水率為100%、150%和200%，水泥摻量為2%、3%、4%、5%和6%共15組水泥固化淤泥試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了初始含水率和水泥摻量對(duì)水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和破壞應(yīng)變的影響，主要結(jié)論如下：

1）隨水泥摻量增大，不同初始含水率下水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均逐漸增大，且當(dāng)水泥摻量大于5%時(shí)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大顯著。

2）隨水泥摻量增大，水泥固化淤泥破壞應(yīng)變逐漸減小，當(dāng)水泥摻量為6%，不同初始含水率下破壞應(yīng)變相差不大。

3）隨初始含水率增大，水泥固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸減小而破壞應(yīng)變逐漸增大。

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2016-07-01