干濕循環(huán)條件下堿渣-鋼渣-電石渣固化疏浚淤泥的強(qiáng)度性質(zhì)

何 俊，張 磊，周莉蓉，馮瀟瑩

(湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，武漢 43006)

中國水利工程和水環(huán)境治理工程的大規(guī)模開展產(chǎn)生了大量的疏浚淤泥。疏浚過程中，淤泥被分散成高含水率、低強(qiáng)度的廢棄物，通常含有有機(jī)質(zhì)和污染物，急需進(jìn)行處理處置?；瘜W(xué)處理是常采用的疏浚淤泥處理方法，一般以水泥、粉煤灰、石膏、磷石膏等為固化劑，固化后用作回填材料[1-3]。筆者為擴(kuò)展氨堿法制堿過程中產(chǎn)生的堿渣(soda residue, SR)的資源化利用途徑，將堿渣、電石渣(carbide slag, CS)和高爐礦渣(ground granulated blast furnace slag, GGBS)作為高含水率疏浚淤泥的固化劑開展研究，確定了滿足公路底基層強(qiáng)度性質(zhì)要求的固化方案，當(dāng)堿渣、電石渣和高爐礦渣的摻量分別為35%、6%和20%時(shí)固化淤泥的28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.26 MPa，且具有較好的干濕循環(huán)耐久性[4]。由于高爐礦渣的化學(xué)成分與硅酸鹽水泥熟料相近，在激發(fā)作用下可具有和水泥相當(dāng)?shù)男Ч?，其綜合利用率高，在建筑行業(yè)和軟土固化、重金屬污染土固化/穩(wěn)定化等巖土工程中得到了較多研究[5]。同為鋼鐵生產(chǎn)過程中排出的廢渣、鋼渣(steel slag, SS)的化學(xué)成分也與水泥相近，但比高爐礦渣的活性差，含有游離氧化鈣和氧化鎂限制了其在建筑行業(yè)中的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年中國粗鋼產(chǎn)量9.96億t，鋼材產(chǎn)量12.05億t，排出的鋼渣為鋼產(chǎn)量的10%～15%[6]。截至2018年末，中國鋼渣累計(jì)堆存超過18億t，其綜合利用率只有約30%，大量堆放造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

鋼渣在固化或改性低含水率(最優(yōu)含水率附近)黏土?xí)r具有一定的效果。樂金朝等[7]針對(duì)路基工程施工需要，對(duì)石灰鋼渣穩(wěn)定黏土在不同飽水時(shí)間及干濕循環(huán)條件下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鋼渣能夠有效改善穩(wěn)定土的水穩(wěn)性能。黃偉等[8]以鋼渣、礦渣為主要原料開展鋼渣混合土作為道路基層材料的性質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)鋼渣混合土有良好的體積安定性和水穩(wěn)定性。Wu等[9]利用石灰和偏高嶺土對(duì)鋼渣進(jìn)行成分調(diào)整，并用NaOH、NaCl及Na2SO4激發(fā)后用于改性膨脹土，確定了最佳配比(28.6%鋼渣+57.1%石灰+9.5%偏高嶺土+4.8%Na2SO4)，摻入5%～7%時(shí)可滿足路基填料性質(zhì)要求。吳燕開等[10]、韓天等[11]將鋼渣粉作為淤泥質(zhì)水泥土的外加劑開展研究，發(fā)現(xiàn)鋼渣粉對(duì)水泥土強(qiáng)度的提高遠(yuǎn)不如水泥，但在水泥摻量一定的情況下適量外摻鋼渣粉可有效提高水泥土強(qiáng)度。Liu等[12]在黏土中摻入0～25%的鋼渣，試樣含水率控制為最優(yōu)含水率，發(fā)現(xiàn)混合土的強(qiáng)度和耐水性隨鋼渣摻量的增加而增強(qiáng)，生成含鎂白硅鈣石、鈣鋁黃長石和水化硅酸鈣等物質(zhì)能夠提高土的強(qiáng)度、耐水性和抗凍性。Mozejko等[13]將鋼渣用于固化壓實(shí)黃土，發(fā)現(xiàn)12%鋼渣使無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高200%，養(yǎng)護(hù)56 d時(shí)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度從不摻鋼渣時(shí)的約32 kPa增加至約70 kPa，水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣等物質(zhì)起到聯(lián)結(jié)細(xì)顆粒的作用。

中外學(xué)者在利用鋼渣固化含水率較高的黏土方面也取得了一些成果。吳燕開等[6]利用鋼渣和水泥固化含水率為液限的淤泥質(zhì)土，發(fā)現(xiàn)燒堿可激發(fā)鋼渣粉的活性，且水泥水化為鋼渣粉水化提供堿性環(huán)境，加速鋼渣粉的水化過程，生成單硫型硫鋁酸鈣提高固化土的強(qiáng)度。趙永生等[14]采用鋼渣、磷石膏和Ca(OH)2作為含水率為40.1%軟土的固化劑，其強(qiáng)度比水泥固化土強(qiáng)度提高1.88倍。孫家瑛等[15]利用脫硫石膏及鋼渣-礦渣復(fù)合凝膠材料固化含水率為37%的軟土，得到復(fù)合膠凝材料的最優(yōu)組成，替代水泥作為軟土固化劑可滿足固化土強(qiáng)度要求。另外，王月香等[16]選用多種固化劑穩(wěn)定固化污泥，發(fā)現(xiàn)20%鋼渣固化污泥的28 d強(qiáng)度約為110 kPa，10%鋼渣+10%水泥固化污泥的28 d強(qiáng)度約為150 kPa。可以看出，鋼渣在土的固化處理方面具有一定潛力，但用于高含水率疏浚淤泥的固化處理效果如何、是否可以代替應(yīng)用更為廣泛的礦渣作為淤泥固化劑，還缺乏相關(guān)研究。

為拓展堿渣及鋼渣的資源化利用途徑，基于“以廢治廢”的思想，在已有研究的基礎(chǔ)上，以堿渣和鋼渣為固化劑、電石渣為激發(fā)劑進(jìn)行疏浚淤泥的固化處理，探討堿渣、鋼渣及電石渣摻量、干濕循環(huán)作用對(duì)固化淤泥強(qiáng)度的影響，并將鋼渣固化土與礦渣固化土進(jìn)行對(duì)比分析，探討鋼渣代替礦渣用于淤泥固化的可行性。為合理經(jīng)濟(jì)地將高含水率疏浚淤泥、廢棄堿渣和鋼渣轉(zhuǎn)化為性質(zhì)優(yōu)良的土壤資源奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的材料主要有疏浚淤泥、堿渣、鋼渣和電石渣等，其主要化學(xué)成分和礦物成分見表1和圖1所示。為將鋼渣與礦渣對(duì)比，表1中也給出了礦渣的化學(xué)成分。疏浚淤泥取自武漢巡司河，顏色為灰黑色，液塑限分別為55.0%和38.7%，呈流塑狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)含量為9.25%(灼燒法)，為有機(jī)質(zhì)高液限黏土。疏浚淤泥中SiO2、Al2O3和 Fe2O3總量為88.6%，主要礦物成分為石英、高嶺石、白云母和伊利石等。堿渣和鋼渣分別取自湖北雙環(huán)科技股份有限公司和武漢鋼鐵集團(tuán)公司。堿渣中除CaO外，SO3和Cl含量也較高，主要礦物成分為碳酸鈣(CaCO3)和硫酸鈣(CaSO4)以及少量的氫氧化鈣[Ca(OH)2]。堿渣中CaSO4的存在可能對(duì)鋼渣具有激發(fā)作用[14,17]。鋼渣中主要為CaO、Fe2O3和SiO2，總量為86.35%，其中游離氧化鈣即f-CaO含量為1.86%，滿足GB/T 20491—2017[18]中對(duì)用于水泥和混凝土中鋼渣粉游離氧化鈣含量≤4.0%的要求[16]。試驗(yàn)所用鋼渣的堿度(CaO與SiO2+P2O5的質(zhì)量比)為2.316，屬于中堿度硅酸二鈣型渣[6]，主要礦物成分為Ca(OH)2、CaCO3、硅酸二鈣(C2S)、鐵酸二鈣(C2F)和石英等。利用電石渣中Ca(OH)2含量高的特點(diǎn)，以工業(yè)廢棄物電石渣作為激發(fā)劑，試驗(yàn)所用電石渣CaO含量為89.71%，主要礦物成分為Ca(OH)2和CaCO3。根據(jù)激光粒度測試的結(jié)果(圖2)發(fā)現(xiàn)，疏浚淤泥、堿渣和鋼渣的平均粒徑分別為0.011、0.145、0.041 mm，鋼渣顆粒粒徑居于疏浚淤泥和堿渣之間。其中，堿渣的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分別為9.5和1.5，屬于級(jí)配良好的粉土；鋼渣的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分別為15.3和1.1，屬于級(jí)配良好的細(xì)砂。

表1 疏浚淤泥及固化材料化學(xué)成分表

圖2 試驗(yàn)材料的粒徑分布

1.2 試驗(yàn)方案

中國淤泥一般采用水力疏浚方式產(chǎn)生，一般經(jīng)過絮凝、脫水等工序處理后仍疏浚淤泥有較高的含水率，可達(dá)原泥液限的2.0～3.0倍，甚至更高[2]。將疏浚淤泥含水率控制為110%(即2倍液限)，進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)。3因素為堿渣、鋼渣和電石渣摻量(為各自質(zhì)量占疏浚淤泥干質(zhì)量的百分比)，根據(jù)前期試驗(yàn)并參考文獻(xiàn)[4,5,13]選定固化劑的3個(gè)水平，即為堿渣30%、35%和40%，鋼渣10%、15%和20%，電石渣4%、6%和8%，開展養(yǎng)護(hù)齡期分別為3、7、28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，選擇強(qiáng)度最低、中等和最高3種配比的試樣開展干濕循環(huán)試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)，首先將疏浚淤泥中的雜質(zhì)挑選出來，通過晾曬方式將土樣含水率調(diào)整到(110±1)%，摻入堿渣、鋼渣和電石渣混合攪拌均勻后靜置24 h[3]，然后裝入內(nèi)徑為3.91 cm、高為8.0 cm的鋼模中制備試樣。為方便脫模，制樣前在鋼模內(nèi)壁涂抹一層凡士林?；旌狭戏?層裝入鋼膜，每層人工壓實(shí)排出試樣中的氣泡后將表面刮毛再加入下一層，直至最后一層壓實(shí)后用刮土刀刮平試樣表面。由于淤泥含水率高，排出氣泡后繼續(xù)壓實(shí)時(shí)試樣的密度將趨于恒定[5]。試樣脫模后放入溫度為(20±2)℃、濕度為 95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，待達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后取出，用應(yīng)變控制式無側(cè)限壓力儀進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，變形速率為1.18 mm/min。每組試驗(yàn)測定2個(gè)平行樣，取其平均值進(jìn)行分析。取強(qiáng)度試驗(yàn)完成后的試樣進(jìn)行XRD測試，掃描速度為5(°)/min，范圍為10°～70°。

進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，將試樣在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d后取出，放入室溫為(20±3)℃環(huán)境中干燥24 h，測量試樣質(zhì)量、直徑和高度；再放入(20±0.5)℃水浴箱中浸泡24 h，觀察試樣，取出后放置在吸水紙上靜置30 min，去除試樣表面的水滴，測量試樣質(zhì)量、直徑和高度，即為1個(gè)完整的循環(huán)[19]。分別測量1、3、5次干濕循環(huán)后試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，每組取2個(gè)平行樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

采用正交試驗(yàn)方案開展無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到的結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，試樣大都呈現(xiàn)出無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加而增大的趨勢。破壞應(yīng)變隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加而減小，從3 d時(shí)的4.13%～7.13%減少至28 d時(shí)的2.25%～4.63%。

表2 正交試驗(yàn)方案及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)極差分析和方差分析，如表3和表4所示。可以看出，影響3 d和7 d固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素主次關(guān)系為堿渣>鋼渣>電石渣，影響28 d強(qiáng)度的因素主次關(guān)系為堿渣>電石渣>鋼渣。各齡期有水平組合均為A1B1C1，即現(xiàn)有固化劑水平下堿渣、鋼渣和電石渣的摻量越高，強(qiáng)度越大。正交試驗(yàn)中堿渣摻量較多，摻入后可顯著降低疏浚淤泥的含水率，且堿渣顆粒粒徑較大，其骨架作用較明顯，且可能發(fā)生水化反應(yīng)生成水化產(chǎn)物，因此堿渣對(duì)于固化淤泥強(qiáng)度的影響最大。堿渣與電石渣中的Ca(OH)2使土體呈堿性環(huán)境，可逐漸破壞鋼渣表面玻璃體結(jié)構(gòu)發(fā)生水化反應(yīng)，但反應(yīng)速度較慢，電石渣作用的發(fā)揮需要一定的時(shí)間，養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)電石渣的作用超過了鋼渣。養(yǎng)護(hù)齡期為3 d時(shí)堿渣、鋼渣和電石渣的影響均不顯著；7 d時(shí)堿渣的F值為14.29 >F0.10(2, 2)=9.00，28 d時(shí)堿渣的F值為24.43 >F0.05(2, 2)=19.0，其影響的顯著性逐漸增強(qiáng)，鋼渣和電石渣的影響仍不顯著。

表3 正交試驗(yàn)極差分析

表4 正交試驗(yàn)方差分析表

2.2 干濕循環(huán)對(duì)固化淤泥性質(zhì)的影響

選擇正交試驗(yàn)中強(qiáng)度最低試樣9、中等試樣6和最高試樣1的3種試樣開展干濕循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中代表性試樣的照片如圖3所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試樣9在前3次干濕循環(huán)時(shí)產(chǎn)生大量裂隙，第3次浸泡后試樣破碎，無法進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)[圖3(a)]；試樣6在干濕循環(huán)時(shí)也出現(xiàn)裂隙，但比試樣9中的裂隙細(xì)小，在第5次浸泡時(shí)試樣仍保持完整，試樣中部的裂隙不太明顯但端部有明顯的局部破碎[圖3(b)]；試樣1試樣立面完整性較好，試樣表面裂隙很少[圖3(c)]，但在試樣端部由于與水及空氣的接觸面積大而產(chǎn)生局部破損，且隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加破損程度有所增強(qiáng)[圖3(d)]。

圖3 不同干濕循環(huán)試樣照片

不同干濕循環(huán)次數(shù)時(shí)3種試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示，養(yǎng)護(hù)28 d及干濕循環(huán)后試樣破壞的照片如圖5所示?？梢钥闯?，試樣1的破壞應(yīng)變均為3%～4%，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形態(tài)差別不大，在第1次干濕循環(huán)后試樣端部的破損導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，后續(xù)的干濕循環(huán)對(duì)強(qiáng)度的影響不大；試樣6和試樣9經(jīng)過1次干濕循環(huán)后強(qiáng)度也降低，試樣6應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形態(tài)變化不大，試樣9在1次干濕循環(huán)后由于試樣表面大量裂隙的存在導(dǎo)致其應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出較強(qiáng)的塑性特征，應(yīng)力隨應(yīng)變逐漸增大然后趨于穩(wěn)定。養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)3種試樣的破壞主要出現(xiàn)在試樣中部，而經(jīng)過干濕循環(huán)后試樣的破壞主要從破損的端部開始，或表現(xiàn)較強(qiáng)的塑性特征(試樣9)，或形成貫通的豎向破碎帶(試樣6和試樣1)。另外，對(duì)比圖3(b)和圖5(b)可以看出，雖然在干濕循環(huán)后試樣中沿徑向出現(xiàn)一些的裂隙，但在進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，軸向力作用下徑向裂隙有一定的閉合。宏觀上看，干濕循環(huán)形成的端部破損是造成強(qiáng)度降低的主要原因。

圖4 不同干濕循環(huán)次數(shù)下試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖5 養(yǎng)護(hù)28 d及干濕循環(huán)后試樣的破壞照片

干濕循環(huán)數(shù)對(duì)試樣質(zhì)量和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響如圖6所示。可以看出，由于干濕循環(huán)造成試樣出現(xiàn)裂縫和破損，試樣質(zhì)量隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而減小，但試樣1質(zhì)量減小的速度和程度遠(yuǎn)小于其他試樣。第1次干濕循環(huán)對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響顯著，經(jīng)過1次干濕循環(huán)后試樣強(qiáng)度均降低，試樣9、試樣6和試樣1的強(qiáng)度分別約為無干濕循環(huán)試樣強(qiáng)度的0.45、0.53和0.63。試樣9在第3次浸泡時(shí)發(fā)生破碎無法進(jìn)行后續(xù)強(qiáng)度測試；試樣6和試樣1在后續(xù)干濕循環(huán)作用下強(qiáng)度的變化不大。經(jīng)過5次干濕循環(huán)后，試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試樣6從111.5 kPa減小至74.5 kPa，試樣1從164.0 kPa減小至96.3 kPa。與試樣9相比可以發(fā)現(xiàn)，增加堿渣和鋼渣摻量有助于增強(qiáng)固化淤泥的干濕循環(huán)耐久性。

3 討論

3.1 固化淤泥礦物成分分析

強(qiáng)度最低試樣9、中等試樣6和最高試樣1試樣的XRD(X-ray diffraction)圖譜見圖7所示。分析圖7并與圖2對(duì)比可以看出，固化淤泥中伊利石峰值減弱，且隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而逐漸降低，表明伊利石參與了水化反應(yīng)。固化淤泥中生成的物質(zhì)主要有水鈣沸石(CaAl2Si2O8·4H2O)和鈣釩石[Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O]，前者主要由淤泥中活性SiO2和Al2O3與電石渣等提供的Ca(OH)2反應(yīng)生成，后者主要由堿渣中提供的硫酸鹽與淤泥中活性Al2O3及Ca(OH)2反應(yīng)生成。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，試樣1中鈣釩石峰值降低；養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時(shí)試樣1中鈣釩石峰值也低于試樣9和試樣6。鈣釩石是膨脹性水化產(chǎn)物，當(dāng)淤泥固化劑中有水泥或礦渣等能夠生成較多的水化硅酸鈣等物質(zhì)時(shí)，其較強(qiáng)的膠結(jié)力能夠克服鈣釩石產(chǎn)生的膨脹力，鈣釩石在固化淤泥中起到填充和加筋作用，從而提高固化淤泥的強(qiáng)度和耐久性；當(dāng)水化硅酸鈣等物質(zhì)較少時(shí)，顆粒之間的膠結(jié)力較小，鈣釩石的存在將使固化淤泥結(jié)構(gòu)疏松，對(duì)強(qiáng)度和耐久性不利[4,20]。與礦渣相比，鋼渣活性較差，在電石渣和堿渣共同作用下生成的水化硅酸鈣等物質(zhì)有限，因此養(yǎng)護(hù)齡期較短及固化劑摻量較低時(shí)較多的鈣釩石造成試樣的強(qiáng)度和耐久性也較弱；養(yǎng)護(hù)28 d的試樣1中鈣釩石較少則強(qiáng)度較高、耐久性也較好。

圖7 固化淤泥XRD圖譜

3.2 鋼渣與礦渣作用效果對(duì)比

He等[4]采用正交試驗(yàn)的研究堿渣、礦渣和電石渣固化疏浚淤泥的強(qiáng)度性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)礦渣的作用是顯著的，且影響7 d和28 d強(qiáng)度因素的主次關(guān)系為礦渣>電石渣>堿渣。用鋼渣代替礦渣進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋼渣的作用不顯著，而堿渣的作用強(qiáng)于鋼渣和電石渣。這表明，利用堿渣和電石渣激發(fā)礦渣是有效的，而對(duì)鋼渣的激發(fā)效果有限，堿渣、電石渣和鋼渣對(duì)疏浚淤泥的固化效果遠(yuǎn)不及堿渣、電石渣和礦渣。鋼渣在固化體系中的作用以物理作用為主，即吸水和骨架作用；礦渣在固化體系中的作用除了物理作用以外，更多的是化學(xué)作用，即發(fā)生水化反應(yīng)。從固化淤泥的XRD測試對(duì)比來看，兩種固化土中除都生成水鈣沸石以外，礦渣體系中還生成水化氯鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O)，只存在少量的鈣釩石[4]；鋼渣體系中則主要生成的是鈣釩石。礦渣中含有15.3%的Al2O3，可與CaO或Ca(OH)2及堿渣提供的Cl-發(fā)生水化反應(yīng)生成水化氯鋁酸鈣，起到膠結(jié)作用[4]；而鋼渣中Al2O3僅為3.82%，不足以生成水化氯鋁酸鈣。礦渣體系中起到膠結(jié)作用的水化產(chǎn)物較多而鈣釩石較少，其強(qiáng)度自然較高。需要說明的是，由于水化硅酸鈣等非定型水化產(chǎn)物在XRD圖譜中較難反映，兩種體系中這些非定型水化產(chǎn)物的差異沒有體現(xiàn)出來。

與礦渣固化淤泥相比，鋼渣固化淤泥的干濕循環(huán)耐久性也較差。以礦渣體系中堿渣、礦渣和電石渣分別為30%、10%和4%時(shí)為例，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從0增加至5次時(shí)，固化淤泥試樣的完整性好，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度從154.1 kPa增大至216.1 kPa[4]。本文試驗(yàn)強(qiáng)度最高的試樣1即堿渣、鋼渣和電石渣分別為40%、20%和8%，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從0增加到5次時(shí)，試樣端部出現(xiàn)破損和松散現(xiàn)象，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度從164.0 kPa減小至96.3 kPa?？梢钥闯觯瑑煞N固化淤泥在干濕循環(huán)之前的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相差不大，但水化產(chǎn)物、膠結(jié)力等差異造成前者強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，后者則隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而減小。要提高鋼渣固化淤泥的強(qiáng)度和干濕耐久性，還需從調(diào)整物質(zhì)組成(如增加體系中的鋁相)、改善激發(fā)方法等方面進(jìn)行研究，后續(xù)研究還在進(jìn)行當(dāng)中。

相比于堿渣-礦渣-電石渣固化淤泥，堿渣-鋼渣-電石渣固化淤泥的強(qiáng)度較低、干濕循環(huán)耐久性較差，雖不能應(yīng)用于強(qiáng)度要求較高的填土工程(如公路底基層)，但可用于強(qiáng)度要求較低的一般填土工程(如城市和港口建設(shè)中低洼地區(qū)的回填等)。例如，試樣1～試樣4和試樣6等養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均超過100 kPa，破壞應(yīng)變約為3%，在干濕循環(huán)條件下試樣1的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度仍有96.3 kPa，這樣的強(qiáng)度和變形是可以滿足一般填土工程要求的。

4 結(jié)論

(1)正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堿渣對(duì)固化淤泥強(qiáng)度影響的顯著性隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加逐漸增強(qiáng)，鋼渣和電石渣的影響不顯著。本文試驗(yàn)條件下，當(dāng)堿渣、鋼渣和電石渣摻量分別為40%、20%和8%時(shí)28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大，為164.0 kPa。

(2)干濕循環(huán)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堿渣、鋼渣和電石渣摻量分別為30%、10%和6%時(shí)第3次浸泡試樣發(fā)生破碎；當(dāng)摻量分別為40%、20%和8%時(shí)經(jīng)過5次干濕循環(huán)試樣在頂部出現(xiàn)局部破損；第1次干濕循環(huán)對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響最為顯著，強(qiáng)度約為無干濕循環(huán)試樣強(qiáng)度的1/2，在后續(xù)干濕循環(huán)后強(qiáng)度基本保持不變。增加堿渣和鋼渣摻量有助于增強(qiáng)固化淤泥干濕循環(huán)耐久性。

(3)堿渣-鋼渣-電石渣固化淤泥中的水化產(chǎn)物主要有水鈣沸石和鈣釩石，起到一定的填充和膠結(jié)作用。當(dāng)其他水化產(chǎn)物量較少、膠結(jié)力較弱時(shí)，鈣釩石的膨脹作用使得固化淤泥結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致在固化劑摻量較少情況下強(qiáng)度和干濕循環(huán)耐久性較差，力學(xué)性質(zhì)不如堿渣-礦渣-電石渣固化淤泥，但利用堿渣-鋼渣-電石渣固化疏浚淤泥可滿足強(qiáng)度要求較低的一般填土工程的需要。