石灰高爐礦渣穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度研究

唐斌科

摘 ?要：以石灰高爐礦渣穩(wěn)定黃土為對(duì)象，通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和重型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，研究石灰高爐礦渣摻量和養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)穩(wěn)定黃土最大干密度、最優(yōu)含水率和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：隨無機(jī)結(jié)合材料摻量的增加穩(wěn)定黃土最優(yōu)含水率增大、最大干密度減小;在無機(jī)結(jié)合材料摻量一定的條件下，隨著高爐礦渣摻量的增加最大干密度增大，最優(yōu)含水率減小;穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)而增大、隨穩(wěn)定材料摻量的增加而增大;通過對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)的擬合回歸，建立了穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與孔隙率、石灰與高爐礦渣的比值（）及無機(jī)結(jié)合材料體積摻量的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：黃土;石灰;高爐礦渣;無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TU746????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0?引言

黃土主要分布在東亞、中亞、中歐及美國(guó)中西部。黃土孔隙發(fā)育、強(qiáng)度較低，用作筑路材料時(shí)必須經(jīng)過處理才能滿足強(qiáng)度和剛度的要求，工程中經(jīng)常采用無機(jī)結(jié)合材料穩(wěn)定黃土提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。黃土中添加石灰具有成本低、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但石灰穩(wěn)定黃土強(qiáng)度的形成主要依靠消石灰和空氣中的CO反應(yīng)形成膠結(jié)物，因而，石灰穩(wěn)定黃土早期強(qiáng)度較低。

高爐礦渣為冶煉生鐵磨細(xì)后的一種無極膠凝材料。利用?；郀t礦渣的活性穩(wěn)定黃土，一般需要加入堿性激發(fā)劑激發(fā)其活性，改善?；郀t礦渣與黃土的反應(yīng)速度，提高穩(wěn)定黃土的早期強(qiáng)度。石灰因經(jīng)濟(jì)性較好常用作高爐礦渣的激發(fā)劑，利用石灰高爐礦渣綜合穩(wěn)定巖土體，可大大提高土木工程材料的強(qiáng)度、改善其穩(wěn)定性。

高爐礦渣作為一種性能優(yōu)良的無機(jī)膠凝材料，國(guó)內(nèi)外尚未見到采用石灰高爐礦渣綜合穩(wěn)定黃土的相關(guān)研究成果，論文選取六種配合比的石灰粒化高爐礦渣綜合穩(wěn)定黃土作為試驗(yàn)土樣，通過標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究養(yǎng)護(hù)齡期、石灰?；郀t礦渣摻量對(duì)綜合穩(wěn)定黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，研究成果為穩(wěn)定黃土提供了一種新方法。

1 ?原材料及試驗(yàn)介紹

1.1 ?試驗(yàn)材料

黃土取自蘭州新區(qū)一建筑基坑，將黃土自然風(fēng)干、用木槌碾碎、過0.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩;測(cè)得黃土的比重為2.68、液限為26.3%、塑限為11.8%，通過剪切試驗(yàn)得粘聚力11.79 kPa、內(nèi)摩擦角24.1°。熟石灰、高爐礦渣購(gòu)自河南恒諾濾材有限公司，熟石灰、高爐礦渣的比重分別為2.38、2.78，利用衍射測(cè)得高爐礦渣、熟石灰的化學(xué)成分如表1、2所示。

1.2 ?配合比擬定

無機(jī)結(jié)合材料穩(wěn)定黃土用作路面基層、底基層材料時(shí)為達(dá)到強(qiáng)度要求，規(guī)范建議無機(jī)結(jié)合穩(wěn)定材料數(shù)量占穩(wěn)定黃土總質(zhì)量的10%～30%。為減少試驗(yàn)工作量初步擬定無機(jī)結(jié)合材料為穩(wěn)定黃土總質(zhì)量的10%和30%，石灰和?；郀t礦渣的質(zhì)量比取9：1、7：3、1：1共計(jì)三類，具體配合比如表3，不同配合比綜合穩(wěn)定黃土的最大干密度和最優(yōu)含水率由標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得。

1.3 ?試驗(yàn)方法

1.3.1 ?試樣的制備

試樣制作時(shí)采用內(nèi)徑61.8 mm、高125 mm的中空?qǐng)A柱形模具，采用手動(dòng)油壓千斤頂提供動(dòng)力靜壓法壓實(shí)試樣。試樣制作前先計(jì)算制作1個(gè)試樣所需混合物的質(zhì)量，再根據(jù)擬定的配合比計(jì)算制備一個(gè)試樣所需石灰、高爐礦渣、水和黃土的質(zhì)量，然后將所稱量的石灰和黃土倒入攪拌鍋中并攪拌均勻，接著加入去離子水并攪拌均勻，將攪拌均勻的黃土和石灰混合物放入密封的塑料袋中貯存24小時(shí)，第二天在混合物中加入預(yù)定質(zhì)量的?；郀t礦渣，并把石灰高爐礦渣黃土混合物攪拌均勻;接著把穩(wěn)定黃土分為5份，依次往模具中倒入每份混合物、利用千斤頂提供動(dòng)力壓實(shí)每層混合物。最后，將制作完成的試樣放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中分別養(yǎng)護(hù)7 d、28 d、90?d，得到綜合穩(wěn)定黃土試驗(yàn)用圓柱形試樣。

1.3.2 ?無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

把預(yù)定養(yǎng)護(hù)齡期的試樣放置到路強(qiáng)儀上，試驗(yàn)設(shè)備以1 mm/min的速率施加軸向壓力直至試樣破壞為止，根據(jù)路強(qiáng)儀記錄試樣破壞時(shí)的荷載，由（1）式計(jì)算石灰?；郀t礦渣綜合穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（）。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)

采用重型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)得出六種配合比石灰?；郀t礦渣穩(wěn)定黃土含水率與干密度之間的關(guān)系如圖1所示，由圖可得每組配合比石灰?；郀t礦渣穩(wěn)定黃土的最大干密度和最優(yōu)含水率如表3所示。由圖1可知，隨著穩(wěn)定材料摻量的增加最大干密度減小、最優(yōu)含水率增大;在石灰粒化高爐礦渣摻量一定的條件下，隨著高爐礦渣摻量的增加最大干密度增大，最優(yōu)含水率減小。

2.2 ?養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

不同配合比石灰粒化高爐礦渣穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（）與養(yǎng)護(hù)齡期之間的關(guān)系如圖2所示，由圖2可知隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而增大，且前期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較慢，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度變快。這主要是因?yàn)榍捌诟郀t礦渣的摻量相對(duì)較少，無機(jī)結(jié)合材料與黃土反應(yīng)形成的膠結(jié)物較少，使得前期強(qiáng)度較低;后期強(qiáng)度增長(zhǎng)變快，主要是隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)消石灰與空氣中的CO充分反應(yīng)生成了較多的膠結(jié)材料，提高了穩(wěn)定黃土的強(qiáng)度。

2.3 ?無機(jī)結(jié)合材料摻量對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

不同配合比石灰粒化高爐礦渣穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如圖3。由圖3知同一養(yǎng)護(hù)齡期穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨石灰粒化高爐礦渣摻量的增加而增大，這由于石灰?；郀t礦渣摻量越多有更多的膠凝材料與水或空氣中的CO發(fā)生反應(yīng)，從而形成更多的膠結(jié)物提高穩(wěn)定黃土的強(qiáng)度;當(dāng)石灰?；郀t礦渣摻量相同時(shí)，隨著高爐礦渣摻量的增加穩(wěn)定黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大，這說明高爐礦渣相比石灰能更有效的提高穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

2.4 ?穩(wěn)定黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)的回歸擬合

孔隙率是影響石灰?；郀t礦渣穩(wěn)定黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的主要因素之一，利用研究者建立的穩(wěn)定土體孔隙率計(jì)算公式（如（2）式所示），可知孔隙率和黃土的數(shù)量、石灰、?；郀t礦渣的體積摻量、石灰、粒化高爐礦渣的比重及混合物的最大干密度、試樣的體積有關(guān)。

根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸擬合，建立養(yǎng)護(hù)齡期分別為7 d、28 d、90 d時(shí)石灰?；郀t礦渣穩(wěn)定黃土的擬合回歸曲線如圖4、5、6所示;和養(yǎng)護(hù)齡期相關(guān)的擬合回歸結(jié)果如圖7、8所示、擬合回歸系數(shù)A，B如（3）、（4）式所示，擬合所得石灰?；郀t礦渣穩(wěn)定黃土的如

4 ?結(jié)論

論文開展了石灰?；郀t礦渣綜合穩(wěn)定黃土的重型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了石灰?；郀t礦渣摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)黃土的穩(wěn)定效果。主要結(jié)論如下：

（1）隨無機(jī)膠凝材料摻量的增加穩(wěn)定黃土的最大干密度減小、最優(yōu)含水率逐漸增大。

（2）當(dāng)無機(jī)膠凝材料石灰?；郀t礦渣摻量固定時(shí)，隨著礦渣摻量的增加穩(wěn)定黃土的最大干密度增大、最優(yōu)含水率減小。

（3）石灰?；郀t礦渣綜合穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨無機(jī)結(jié)合材料摻量的增加而增大，隨養(yǎng)護(hù)齡期的發(fā)展總體上不斷增長(zhǎng)。

（4）通過對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)的擬合回歸，建立了石灰粒化高爐礦渣穩(wěn)定黃土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與孔隙率、石灰/礦渣（）的比值、石灰?；郀t礦渣摻量的關(guān)系，建立的擬合關(guān)系為工程設(shè)計(jì)施工提供借鑒。

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