基于正交試驗(yàn)的復(fù)合固化劑固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

李銳鐸，張雙嬌，鄭藝偉，王思會(huì)，王 崢

(河南城建學(xué)院 土木與交通工程學(xué)院，河南 平頂山 467036)

疏浚河流湖泊所產(chǎn)生的淤泥具有含水率高、有機(jī)質(zhì)含量大、壓縮性大、透水性差、力學(xué)強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，一般不能直接應(yīng)用于實(shí)際工程中，并且淤泥產(chǎn)生量巨大，采用堆放的方式往往占用大量土地，還容易對(duì)周圍的水域及土壤產(chǎn)生嚴(yán)重污染。因此，如何對(duì)疏浚淤泥進(jìn)行資源化利用成了目前研究的熱點(diǎn)。

淤泥的處置方法主要有化學(xué)方法、物理方法、化學(xué)物理混合法和資源化利用方法[1]?；瘜W(xué)方法主要是通過添加水泥等固化材料對(duì)淤泥進(jìn)行固化處理[2-6]。物理方法主要以脫水干化方法為主，常見的脫水干化方法包括自然脫水干化技術(shù)和機(jī)械脫水干化技術(shù)，但是經(jīng)過脫水后的淤泥還需要進(jìn)行二次處理，進(jìn)而提高了工程造價(jià)?；瘜W(xué)物理混合法就是將上述兩種方法綜合起來使用的方法。當(dāng)前，淤泥的資源化利用技術(shù)也是一種深受歡迎的處置方法，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、土地修復(fù)領(lǐng)域、工程建設(shè)等領(lǐng)域[7-8]。本文基于正交試驗(yàn)方法利用電石灰這一固體廢棄物復(fù)合水泥等固化材料對(duì)淤泥進(jìn)行固化試驗(yàn)研究，研究其力學(xué)強(qiáng)度等指標(biāo)，為工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 原材料基本性質(zhì)

1.1 淤泥

試驗(yàn)所用淤泥取自平頂山市新城區(qū)應(yīng)河河道，取土深度為0.1～1 m，已去除表面沖積層。通過顆粒篩分試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粒徑小于0.075 mm的土的質(zhì)量占總土質(zhì)量的67.63%，可以判斷所取土樣為細(xì)粒土。淤泥土樣的塑限和液限分別為19.0%和39.6%，其塑性指數(shù)為21，燒失量為3.5%，pH為6～7，屬弱酸性。

1.2 復(fù)合固化劑

1.2.1 電石灰

化工企業(yè)以電石為原料生產(chǎn)乙炔氣體，在這個(gè)過程中，會(huì)產(chǎn)生一些副產(chǎn)品，其中之一就是電石灰。電石與水的化學(xué)反應(yīng)為：

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2

(1)

電石灰顆粒較細(xì)，顏色為灰白色。電石灰的主要成分為Ca(OH)2，經(jīng)過測(cè)試其pH值為13～14，可知其呈強(qiáng)堿性。從主要成分上來看，電石灰性質(zhì)與消石灰相似，空氣中的水分會(huì)與Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)形成CaCO3。本文所用電石灰來自平頂山市葉縣中悅環(huán)保園電石灰調(diào)配中心。

1.2.2 水泥

本文所用水泥為普通硅酸鹽32.5水泥。

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[9]。

本文試驗(yàn)原料主要是電石灰、水泥和淤泥三種，每一種材料對(duì)其強(qiáng)度都有一定的影響，要想全面得出三種材料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響是非常復(fù)雜的，所以本試驗(yàn)采用三因素三水平的正交試驗(yàn)方案。首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定電石灰、水泥和淤泥的使用范圍，即電石灰劑量分別為4%、8%、12%，水泥劑量分別為2%、5%、8%，剩余成分為淤泥，利用SPSS軟件對(duì)電石灰、水泥和淤泥三種材料進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，最終確定了9組配合比，具體各種原材料的質(zhì)量含量見表1。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 最佳含水率與最大干密度試驗(yàn)結(jié)果

按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[10]要求進(jìn)行復(fù)合固化劑固化淤泥土擊實(shí)試驗(yàn)，得到不同配比條件下的最大干密度和最佳含水率，結(jié)果如表1所示。

表1 9組配合比及對(duì)應(yīng)的最佳含水率與最大干密度

3.2 固化淤泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

按照表1的最大干密度及最佳含水率制備無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，再進(jìn)行7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 復(fù)合固化淤泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

由表2可以看出：摻加水泥和電石灰后的固化淤泥土的強(qiáng)度得到了明顯提高。

為了進(jìn)一步分析水泥摻量和電石灰的摻量對(duì)固化后淤泥土的強(qiáng)度影響大小，利用SPSS軟件采用方差分析法來分析兩個(gè)因素水泥和電石灰的摻量對(duì)混合料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響程度，得出主體間效應(yīng)檢驗(yàn)和多重比較分析如表3和表4所示。

表3 主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)

注：a.R2=0.698(調(diào)整R2=0.396)

表4 多重比較分析表

注：基于觀測(cè)到的均值。

誤差項(xiàng)為均值方 =0 .018。

*.均值差值在 0.05 級(jí)別上比較顯著。

由表3可知：水泥和電石灰摻量的差異性顯著的檢驗(yàn)值(Sig.)為0.104和0.673，說明這兩種因素對(duì)復(fù)合固化淤泥土的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響為：水泥的影響程度大于電石灰。由表4可知：2%和8%水泥劑量的復(fù)合固化劑之間的多重比較分析值為0.051，差異性較為顯著。

4 結(jié)論

摻加水泥和電石灰后的固化淤泥土的強(qiáng)度得到了明顯提高，可以根據(jù)具體工程需要選擇合適的配比進(jìn)行淤泥土的固化。使用SPSS軟件分別對(duì)不同摻量的復(fù)合固化淤泥土的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)正交分析，水泥的影響程度大于電石灰。2%和8%水泥劑量的復(fù)合固化劑固化淤泥土強(qiáng)度的多重比較分析值為0.051，差異性較為顯著。