早強劑對淤泥固化土早期強度的影響研究

石宇 汪瀟

摘? 要：早強劑作為一種常用外加劑，其可以有效加快淤泥固化土的早期固化進(jìn)程。本文以江蘇連云港徐圩的高含水率灘涂淤泥為研究對象，研究在固化劑中單摻及復(fù)摻甲酸鈣和硫酸鈉兩種早強劑的情況下，對淤泥固化土早期無側(cè)限抗壓強度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：（1）在兩種早強劑單摻時，均能對淤泥固化土起到明顯的早強作用，同時甲酸鈣的早強效果優(yōu)于硫酸鈉;（2）兩種早強劑復(fù)合摻加時能夠激發(fā)出兩者相互間的協(xié)同作用，進(jìn)一步加快淤泥固化土的早期固化進(jìn)程，當(dāng)甲酸鈣摻量為2%、硫酸鈉摻量為1%時，早強效果最好。

關(guān)鍵詞：淤泥固化;早強劑復(fù)合;早期強度

中圖分類號：TU 443? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）03-0000-00

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以淤泥、污泥為代表的各種泥狀物產(chǎn)量劇增，淤泥的處理及資源化利用已經(jīng)成為工程界迫切需要解決的問題[1]。在淤泥固化處理過程中，普遍采用的固化材料以普通硅酸鹽水泥為主，輔助材料摻有礦渣、粉煤灰、石膏等工業(yè)廢棄材料。同時對一些新型固化材料的研究也在不斷進(jìn)行，例如新型的磷基固化劑、HAS淤泥固化劑等。

大部分固化淤泥的強度發(fā)展較為緩慢，尤其是針對高含水率的淤泥固化，這一問題更為突出，使得固化處理施工周期加長，影響施工工期，延長了固化淤泥堆場的周轉(zhuǎn)效率[2]。王東星等人[3]對基于水泥、石灰、低鈣粉煤灰的固化淤泥進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗和間接抗拉強度試驗，得到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護360d淤泥固化土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、破壞強度和應(yīng)變。丁慧等[4]探討粉煤灰和工業(yè)礦粉固化疏浚淤泥作路基材料的可行性，研究了不同固化劑配比對固化淤泥擊實特性水穩(wěn)定性、承載力和抗剪強度的影響。

早強劑能提高混凝土前期強度，且對后期穩(wěn)定性影響較小。我國目前應(yīng)用較多的早強劑主要分為無機鹽類、有機物類及復(fù)合材料類三大類型[5]。無機鹽類主要包括硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽及碳酸鹽等;有機物類主要包括甲酸鈣、二乙醇胺、三乙醇胺及乙二醇等;復(fù)合材料類主要是無機鹽類和有機物類復(fù)合使用的早強劑。

利用早強型土壤固化劑在高含水率條件下加固土具有施工方便、早期強度發(fā)展快，耐久性高等優(yōu)勢，因此可以在水利工程汛期搶險堵漏中推廣使用，能夠達(dá)到快速施工，節(jié)約成本，降低勞動強度的目的，具有重要的推廣價值和工程意義。

1 實驗材料及方法

1.1實驗材料

本實驗所采用的淤泥取自江蘇連云港徐圩灘涂淤泥，淤泥的主要物理指標(biāo)如表1所示，重塑干土的顆粒組成如表2所示。實驗用的淤泥固化劑為江蘇坤澤科技股份有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的KZJ-H01型粉體固化劑，主要成分為硅酸鹽、鋁酸鹽、二氧化硅、氧化鈣等，密度為3.01 g/cm3。實驗用的早強劑選取甲酸鈣、硫酸鈉兩種，均為分析純。

1.2 實驗方法

固化劑摻量是按照每立方米淤泥中加入固化劑的質(zhì)量進(jìn)行計算，本實驗中采用的摻量為80kg/m3，早強劑摻量為固化劑摻量的1～3%，外摻。同時實驗采用基本組和對照組，其中基準(zhǔn)組的試樣不摻加早強劑。對照組一分別外摻1～3%的單組分早強劑，對照組二分別外摻2～3%的雙組分復(fù)合早強劑，通過測定固化土的3d、7d、28d的無側(cè)限抗壓強度，比對分析早強劑單摻及復(fù)合時對固化土強度發(fā)展的影響。各組實驗早強劑摻量如表3所示。

試樣制備過程先在淤泥中按比例添加固化劑、早強劑，混合后利用攪拌設(shè)備充分?jǐn)嚢杈鶆颍缓蠓秩龑友b入直徑39.1mm、高度80mm的圓柱體模具中，制成無側(cè)限抗壓強度試件，每組制備3組平行試件。制備完成的試件置于恒溫恒濕箱（溫度20±2 ℃，相對濕度>95%）中，養(yǎng)護1d后脫模，脫模后試件裝入密封袋中放入20±2 ℃水中養(yǎng)護至特定齡期進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗。

無側(cè)限抗壓強度試驗采用YYW-2型應(yīng)變控制式無側(cè)限壓力儀。試驗前需對試件進(jìn)行預(yù)處理，刮平試件上下表面，然后按照GB/T 50123-2019《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[6]進(jìn)行測試，每組測定3個平行試件，結(jié)果取平均值。

2實驗結(jié)果與分析

2.1單摻早強劑的結(jié)果分析

將試件A0、B1～B6共7組固化土試件分別養(yǎng)護至3d、7d、28d后取出，測試試件的無側(cè)限抗壓強度，結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出，早強劑的引入顯著提高了淤泥固化土的早期強度。其中單摻甲酸鈣時，摻量在2%時固化土的3d和7d無側(cè)限抗壓強度值達(dá)到最高，比同齡期基準(zhǔn)組試件分別提高了169.3%和146.0%，28d無側(cè)限抗壓強度與同齡期基準(zhǔn)組試件相近，隨著甲酸鈣摻量的提高，早期強度反而有所降低，28d強度甚至?xí)l(fā)生倒縮。單摻硫酸鈉時，摻量在2%時固化土的3d和7d無側(cè)限抗壓強度值達(dá)到最高，比同齡期基準(zhǔn)組試件分別提高了157.3%和127.8%，強度增長幅度低于甲酸鈣，同時摻加硫酸鈉時，各摻量下的28d強度均產(chǎn)生了不同程度的倒縮，其中摻量為3%時28d的無側(cè)限抗壓強度值比基準(zhǔn)組試件下降了8.6%。

2.2 復(fù)摻早強劑的結(jié)果分析

將試件C1～C3共3組固化土試件分別養(yǎng)護至3d、7d、28d后取出，測試試件的無側(cè)限抗壓強度，并與基準(zhǔn)組A0及單摻早強劑時早強作用最佳的B2進(jìn)行對比，結(jié)果如表5所示。

從表5中可以看出，甲酸鈣和硫酸鈉2種早強劑復(fù)摻后，淤泥固化土的3d和7d強度均高于早強劑單摻時的作用效果。其中當(dāng)甲酸鈣摻量為2%、硫酸鈉摻量為1%時，淤泥固化土的3d和7d無側(cè)限抗壓強度值達(dá)到最高，比同齡期基準(zhǔn)組試件分別提高了197.3%和159.5%，比同齡期單摻2%甲酸鈣試件分別提高了10.4%和5.5%，同時淤泥固化土的28d無側(cè)限抗壓強度值相比于基準(zhǔn)組試件未產(chǎn)生倒縮，反而略有提高。由此可見，對不同類型的早強劑進(jìn)行合理的復(fù)合，可以激發(fā)出不同早強劑之間的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高淤泥固化土的早期強度發(fā)展，加速固化進(jìn)程，同時保證后期強度不發(fā)生倒縮。

3 結(jié)論

本文采用甲酸鈣和硫酸鈉早強劑摻入高含水率淤泥固化土中，通過分析比較單摻及復(fù)摻早強劑的淤泥固化土早期無側(cè)限抗壓強度性能，并進(jìn)一步研究分析，得到以下結(jié)論：

（1）甲酸鈣和硫酸鈉兩種早強劑單摻時對高含水率淤泥固化土的早期固化進(jìn)程均起到明顯的促進(jìn)作用，并且甲酸鈣的早強效果優(yōu)于硫酸鈉。然而當(dāng)單摻甲酸鈣摻量過高時，或者單摻硫酸鈉時，固化土的后期強度會產(chǎn)生不同程度的倒縮。

（2）兩種早強劑復(fù)摻時能夠激發(fā)出兩者相互間的協(xié)同作用，進(jìn)一步加快淤泥固化土的早期固化進(jìn)程。當(dāng)甲酸鈣摻量為2%、硫酸鈉摻量為1%時，淤泥固化土的3d無側(cè)限抗壓強度值達(dá)到223kPa，7d無側(cè)限抗壓強度值能夠達(dá)到327kPa，與同齡期基準(zhǔn)組試件相比分別提高了197.3%和159.5%。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜衍慶，王新岐.濱海淤泥固化土路用性能試驗研究[J].天津建設(shè)科技，2019，29（1）：1-5.

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[3] 王東星，徐衛(wèi)亞.固化淤泥長期強度和變形特性試驗研究[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，44（1）：332-339.

[4] 丁慧，孫秀麗，劉文化，等.固化疏浚淤泥作路基材料工程特性試驗研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2017，39（2）：11-18.

[5] 謝興建.混凝土早強劑應(yīng)用技術(shù)研究[J].新型建筑材料，2005（5）：33-35.

[6] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB/T 50123-2019土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計劃出版社，2019.

收稿日期：2020-02-03

作者簡介：石宇（1989—），男，江蘇蘇州人，碩士研究生，工程師，研究方向：軟土淤泥固化。