粉煤灰固化淤泥路用性能的試驗(yàn)研究★

陳志明 金明東 江來(lái)榮 李淑娥

(南通市公路管理處，江蘇 南通 226001)

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粉煤灰固化淤泥路用性能的試驗(yàn)研究★

陳志明 金明東 江來(lái)榮 李淑娥

(南通市公路管理處，江蘇 南通 226001)

針對(duì)淤泥傳統(tǒng)拋填中產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題，提出將淤泥固化處理后轉(zhuǎn)化為工程填土的方法，通過(guò)輕型擊實(shí)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，分析了粉煤灰固化淤泥的路用性能，試驗(yàn)結(jié)果表明固化淤泥滿足作為普通填土的需要。

淤泥，粉煤灰，擊實(shí)，抗壓強(qiáng)度

0 引言

淤泥具有含水量高、滲透系數(shù)小、強(qiáng)度低、有機(jī)質(zhì)含量高等特點(diǎn)，不適合作路堤填料。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)淤泥的主要處理方式是就近棄土，造成大量土地資源的浪費(fèi)，還對(duì)周圍環(huán)境造成二次污染[1-3]。淤泥固化方法有效地將淤泥變?yōu)榭衫玫墓こ烫钔粒?jié)約了大量土地資源，減少環(huán)境污染，是保證工程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

粉煤灰固化淤泥就是在淤泥中摻加一定量的粉煤灰，利用粉煤灰的活性，與淤泥中的自由水發(fā)生水化反應(yīng)，生成穩(wěn)定的粉煤灰淤泥結(jié)晶物，構(gòu)成具有強(qiáng)度的堅(jiān)固骨架，達(dá)到加固淤泥的目的[4-6]。加固淤泥的固化劑主要以石灰、水泥、粉煤灰等無(wú)機(jī)固化劑為主。近年來(lái)，多種新型加筋材料，如EPS顆粒、聚丙烯纖維等也被用于淤泥加固處理中[7-10]。本文利用粉煤灰固化淤泥，通過(guò)輕型擊實(shí)試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)研究固化淤泥的擊實(shí)特性和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度特性。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

淤泥取自江蘇省231省道沿線，淤泥呈現(xiàn)黑色、灰黑色，液限含水量為51.6%，塑限含水量為30.8%，塑性指數(shù)為20.8，液性指數(shù)為1.16，粘土顆粒(<0.01 mm)含量為51.7，天然含水量為55.6%，有機(jī)質(zhì)含量為2.73%。粉煤灰為灰白色，粉煤灰的化學(xué)成分主要有：SiO2，占64.5%，Al2O3，占23.5%，F(xiàn)e2O3，占5.9%，CaO，占2.7%,MgO，占1.2%，K2O，占1.4%，Na2O，占0.4%和SO2，占0.3%。淤泥和粉煤灰顆粒分析曲線如圖1所示。

1.2 試樣制備

現(xiàn)場(chǎng)所取得淤泥試樣經(jīng)過(guò)風(fēng)干、碾碎，采用孔徑為2 mm的鐵篩進(jìn)行篩分，按設(shè)定的干土質(zhì)量比例摻入粉煤灰，無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)試樣分5層制作，每層壓實(shí)高度為16 mm。制成淤泥試樣的高度為80 mm，直徑39.1 mm的圓柱體。

1.3 試驗(yàn)方法

輕型擊實(shí)試驗(yàn)設(shè)備為DJ-Q型電動(dòng)擊實(shí)儀，分3層擊實(shí)，每層25下。

粉煤灰固化淤泥的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)在YYW無(wú)側(cè)限壓縮儀上完成，最大荷載為50 kN，測(cè)力鋼環(huán)為600 N，電動(dòng)升速為3 mm/min。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 最大干密度和最優(yōu)含水量

采用粉煤灰固化處理的淤泥試樣的輕型擊實(shí)曲線如圖2所示。在圖2中分別表示了粉煤灰、素淤泥和不同粉煤灰摻加量的固化淤泥的擊實(shí)曲線。由圖2看出，粉煤灰的最大干密度為9.2 kN/m3，最優(yōu)含水量為32.8%；淤泥的最大干密度為15.4 kN/m3，最優(yōu)含水量為23.0%。隨著粉煤灰摻入量增加，粉煤灰固化淤泥的擊實(shí)曲線逐漸向粉煤灰的擊實(shí)曲線靠近，即隨著粉煤灰摻入量增加，粉煤灰固化淤泥的最大干密度逐漸減小，最優(yōu)含水量逐漸增大。

粉煤灰固化淤泥的最大干密度和最優(yōu)含水量隨粉煤灰摻加量的變化規(guī)律如圖3所示。隨著粉煤灰摻加量由0變化至30%，粉煤灰固化淤泥的最大干密度由15.4 kN/m3減小至14.5 kN/m3，最優(yōu)含水量由23%增大至25%。粉煤灰與淤泥中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，消耗淤泥中的部分自由水，在固化淤泥中形成結(jié)合水，導(dǎo)致粉煤灰固化淤泥的最優(yōu)含水量增加；由于水的密度小于淤泥的密度，結(jié)合水增加，導(dǎo)致固化淤泥的最大干密度減小。

在路堤填筑施工現(xiàn)場(chǎng)，常常在粉煤灰摻加后很長(zhǎng)一段時(shí)間都無(wú)法碾壓，出現(xiàn)碾壓滯后現(xiàn)象，稱之為延遲擊實(shí)。選取淤泥∶粉煤灰=8∶2的固化淤泥的擊實(shí)曲線為例，如圖4所示，將摻加粉煤灰的淤泥分別加水、調(diào)勻，分別燜灰、靜置1 d，7 d，14 d和28 d，然后進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)，粉煤灰固化淤泥的輕型擊實(shí)曲線如圖4所示。從圖4中看出，延遲1 d和7 d固化淤泥的擊實(shí)曲線與不延遲擊實(shí)曲線的形狀相似；延遲14 d和28 d的擊實(shí)曲線比不延遲擊實(shí)曲線更加平緩。

延遲時(shí)間對(duì)固化淤泥的最大干密度和最優(yōu)含水量的影響如圖5所示。隨著延遲時(shí)間增加，最大干密度減小，最優(yōu)含水量增加，延遲時(shí)間由1 d增加到28 d，最大干密度由14.8 kN/m3減小至14.4 kN/m3，最優(yōu)含水量由25.2%增至26.1%。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

粉煤灰固化淤泥的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度如圖6所示，固化淤泥的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增加而增大。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增加的機(jī)理是由于淤泥與粉煤灰之間產(chǎn)生水化反應(yīng)的結(jié)果。在粉煤灰固化淤泥中添加纖維的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度如圖7所示。在粉煤灰固化淤泥的基礎(chǔ)上，再添加一定量的無(wú)機(jī)纖維材料后，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨纖維摻量的增加而增大，以淤泥∶粉煤灰=7∶3、齡期28 d的固化淤泥為例，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu從355 kPa增至576 kPa。

淤泥固化前后的微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡(SEM)結(jié)果解釋了固化淤泥強(qiáng)度增強(qiáng)的機(jī)理[6]。原狀淤泥顆粒間只有原生礦物的幾何堆積，顆粒和孔隙清楚，主要為粘土礦物，其次是水溶鹽和腐殖質(zhì)

等，沒(méi)有牢固的連接。固化淤泥掃描電鏡照片上清晰地看出，在松散土顆?？紫堕g分布有許多細(xì)針狀的水化產(chǎn)物——水化硅酸鈣，引起固化淤泥強(qiáng)度增長(zhǎng)。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，細(xì)針狀的水化硅酸鈣晶體數(shù)量逐漸增加，齡期為28 d固化淤泥的SEM圖片上可見(jiàn)水化產(chǎn)物附著在土顆粒表面，土顆粒增大，固化淤泥因水化產(chǎn)物膠結(jié)、充填作用而增強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)摻加粉煤灰后，固化淤泥的最大干密度減小、最優(yōu)含水量增加。隨著粉煤灰摻加量增加，固化淤泥的擊實(shí)曲線會(huì)越來(lái)越接近粉煤灰擊實(shí)曲線。

2)碾壓不及時(shí)是路基填筑的常見(jiàn)現(xiàn)象，隨著碾壓延遲時(shí)間增加，固化淤泥的最大干密度減小，最優(yōu)含水量增加。

3)粉煤灰固化淤泥的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻加量、齡期和纖維摻入量的增加而增大。添加纖維的7∶3淤泥/粉煤灰試樣養(yǎng)護(hù)28 d后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值由355 kPa增至576 kPa。

4)粉煤灰固化淤泥可以作為填料應(yīng)用于路基填筑，粉煤灰屬于工業(yè)廢料，價(jià)廉量多，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度考慮，粉煤灰固化淤泥技術(shù)值得推廣。

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On experiment for road performance of silt-mud solidification of fly ash★

Chen Zhiming Jin Mingdong Jiang Lairong Li Shu’e

(NantongRoadAdministrationDivision,Nantong226001,China)

According to the environmental pollution in silt traditional dumping, the paper points out the methods to transfer the silt-mud solidification treatment into the engineering filling, analyzes the road performance of the silt-mud solidification of fly ash from the light compaction and unconfined compression strength, and proves by the experiment results that the improved silt meets the demands of common filling soil.

silt, fly ash, compaction, compression strength

1009-6825(2016)13-0134-02

2016-02-24★：江蘇交通廳科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2014Y04,2015T18)

陳志明(1975- )，男，高級(jí)工程師

U214.11

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