電石渣作為筑壩基礎材料的可行性研究

李亞軍

(陜西省咸陽市金旭路水電勘察分院，陜西興平 712000)

電石渣是在濕式發生器中生產電石而產生的一種水解反應副產物，是一種工業廢物。據統計，2003年國內生產電石530萬t，按消耗1 t電石產生1.2 t電石渣計，全國產生的電石渣超過600萬t。堆放電石渣不僅占用大量土地，而且還可能因風干起灰，污染周邊環境，如處理不當會嚴重制約企業的發展。因此，研究電石渣特性，開展電石渣的綜合利用，具有重要的社會經濟效益。目前國內電石渣回收利用在一定程度上取得了一些效果，緩解了電石渣對環境的污染。然而用于建材和環境治理用量有限，用于化工生產其預處理過程復雜。所以，大部分廠家仍然將電石渣棄置。為了進一步開展電石渣的綜合利用，我通過對陜西某電石廠的電石渣，按照《水泥化學分析方法》(GB/T176-2008)、《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999)、《水泥細度檢驗方法篩析法》(GB/T1345-2005)方法進行試驗，質量按照《水利水電工程地質勘察規范》(GB50287-2008)、《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》(SL251-2000)對電石渣作為筑壩基礎材料進行評價。

1 實驗方法

1)電石渣的化學成分測定:按照GB/T176-2008執行。

電石渣的礦物組成采用Y-2000型X射線衍射儀(XRD)分析。

2)電石渣的物理及力學指標測定:按照GB/T50123-1999及GB/T1345-2005執行。

①電石渣粒徑分布:將電石渣在105±1℃烘干至恒重，采用篩析法測定粒徑分布。

②液限、塑限:采用FG-Ⅲ型光電式液塑限聯合測定儀測定。

③擊實:采用25擊標準輕型電動擊實儀測定。

④壓縮:采用標準固結試驗方法進行實驗，擾動樣用壓實度0.93控制裝樣密度。

⑤抗剪強度:使用SDJ-Ⅱ型電動等應變直剪儀按快剪和慢剪兩種狀態進行，擾動樣用壓實度0.93控制裝樣密度。

⑥滲透:采用變水頭試驗，擾動樣用壓實度0.93控制裝樣密度。

2 實驗原料及樣品采集

2.1 實驗原料

實驗原料為陜西某電石廠的電石渣，顆粒細微，有臭味，顏色為灰～灰白色。

2.2 樣品采集

樣品分原狀樣(自然淤積失水干凝狀態)和擾動樣(模擬機械碾壓)兩種狀態采集。

該渣場現狀是，周邊經人工圍堵，中間自然淤積，逐漸加高，本次取樣點形成時間近半年以上，現已形成近4 m高的電石渣場，該狀態與建壩和加高壩體相似。原狀樣樣品取自淤積面以下2.0 m，擾動樣樣品在淤積面表面取代表性樣品。

3 實驗結果及評價

3.1 電石渣的化學成分及評價

電石渣的化學成分如表1。從表1可以看出電石渣的主要化學成分是Ca(OH)2，其CaO的質量分數高達60%左右，還含有少量硅、鐵、鋁、鈣、鎂等成分。根據《水利水電工程地質勘察規范》標準判定電石渣對混凝土結構無侵蝕性。

表1 電石渣的主要化學成分分析 %

3.2 電石渣的物理力學性質及評價

1)電石渣樣品的比重、液限、塑限、顆粒組成等試驗結果，與樣品擾動與否無關。

①電石渣的比重在2.26～2.28，比較穩定，低于一般粘性土的比重2.68～2.72，僅影響單位體積重量;

②液限、塑限都很高，塑性指數與黃土相接近;

③顆粒組成:一般情況下20%的顆粒粒徑在50 μm～80 μm之間，80%的顆粒粒徑在50 μm以下［3］。烘干過程中顆粒之間會發生粘結現象，烘干后電石渣的表觀粒度會增加，但大部分仍小于0.005 mm，粘粒含量明顯高于規程均質土壩粘粒含量10%～30%的要求。

2)原狀樣實驗結果評價

①含水率較高(94.4% ～95.5%)，飽和度81% ～86%，干密度小(0.62～0.64 g/cm3)，孔隙比大(2.54 ～2.66)孔隙率72%～73%。

②滲透系數 0.590～4.030×10-4cm/s，與均質土壩要求應小于1×10-4cm/s稍有出入;

③壓縮系數 a0.1 ～0.2=2.22 ～2.89-1MPa，壓縮模量E0.1 ～0.2=1.23 ～1.60 MPa，屬高壓縮性;

④抗剪強度:總應力(快剪)c=14kPa，φ=16.5～17度;有效應力(慢剪)c'=0～3kPa，φ'=33～34度，抗剪強度偏低。

3)擾動樣實驗結果評價

標準擊實(25次)，最大干密度 ρdmax=1.052～1.063 g/cm3，最優含水率ωop=43% ～43.5%。由擊實曲線看出，材料壓實性能受含水率影響不大。擊實后試驗按壓實度Dr=0.93控制，相應試驗樣的干密度為0.98 g/cm3，含水率為44%，試驗結果為:

①孔隙比1.33，孔隙率57%，飽和度76%;滲透系數0.516～1.000×10-4cm/s，滿足均質土壩規范應小于1×10-4cm/s的要求;

②壓縮系數 a0.1 ～0.2=0.14 ～0.20-1MPa，壓縮模量E0.1 ～0.2=11.6 ～16.6 MPa，屬中壓縮性;

③抗剪強度:總應力(快剪)c=33～36 kPa，φ=32.5～34.0度、有效應力(慢剪)c'=20 ～32kPa，φ'=32.8 ～34.8度，抗剪強度滿足要求。

4 小結

1)“自然淤積失水干凝狀態”(原狀)，因在自然淤積條件下形成，結構具微層理，屬高的壓縮性;滲透性稍偏大且不均;抗剪強度偏低。該狀態若作為壩基或壩體持力層，建議再作進一步論證研究。

2)擾動樣，經擊實后的物理力學性能試驗，除粘粒含量偏高外，其它各項試驗指標基本滿足土石壩土料質量要求。

3)電石渣作為筑壩基礎材料，試驗采用GB/T50123-1999及GB/T1345-2005試驗，按照SL251-2000規程評價妥否，有待進一步驗證;當選用電石渣“自然淤積失水干凝狀態”或“機械(人工)碾壓”筑壩時，應針對工程實際電石渣料進行取樣試驗對比，補充其他試驗指標。

［1］楊娟、錢覺時.談電石渣特性及其建材資源化途徑.粉煤灰綜合利用.2007，(3):54 ～56.

［2］黃存捍、鄧寅生、邢學玲、魯靜.電石渣的綜合利用途徑.焦作工學院學報.2004，(2):143 ～146.

［3］高敏、文柏鳴.電石渣制水泥的原料特性研究.新世紀水泥導報.2009，(2):1 ～5.

［4］董永剛、曹建新、劉飛、張煜.電石渣理化性質的分析與表征.環境科學與技術.2008，(9):96～98.