粉煤灰與生石灰加固軟土的力學特性試驗研究

盛桂琳 李國政

（1.河南大學 土木建筑學院，河南 開封 475000；2.威海銀河長征風力發電設備有限公司，山東 威海 264200）

1 前言

生石灰與粉煤灰樁（簡稱二灰樁）由于價格便易，工藝簡單，廢物利用等優點而在許多地基加固工程中得到應用[1-3]。二灰加固軟土地基這一特殊的加固方法，既有物理加固作用即擠密和和置換以及吸水作用，又有化學加固作用即生石灰和粉煤灰與土體發生一系列化學反應，帶來樁體周圍土體的微觀結構變化。人們早已從理論上認識到粉煤灰摻加石灰可作為膠凝材料去加固土，并進行了大量的試驗研究，由于作為膠凝材料強度太低未引起人們足夠的重視。但隨粉煤灰引起的環境問題日益惡化和粉煤灰在建材中應用后對節約能源、資源的積極作用，以及粉煤灰建材資源化觀點為更多人所接受，粉煤灰摻加石灰作為激發粉煤灰活性去加固土的意義越來越大，對這進行深入的研究不僅有比較重要的理論意義，也有非常廣泛的應用前景。

2 試樣制備和試驗方法

本文的試驗材料，土采用開封地表的黃土，其物理性能指標見表1；粉煤灰選取Ⅱ級磨細粉；生石灰選取的市售的塊狀生石灰，它的化學成分是鈣質生石灰粉，經過研磨加工成生石灰粉末，達到一級分級標準。試塊采用標準70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試塊。試樣根據不同配合比共分為5組，這五組實驗的相同點是相同條件，灰量、土量、水量都相同。不同點是五組中生石灰和粉煤灰的在灰量比例不一樣。從A1到A5，生石灰量依次遞減，粉煤灰量依次遞增。詳見表2。每組試塊都采用標準養護7d、14d、28d后，本試驗采用WEW-600C型微機液壓萬能試驗機測其抗壓強度和位移。

表1 土的物理性能指標

每組試樣的抗壓強度取值方式，以三組實驗算術平均值作為該組試塊的抗壓強度值。（三個試塊中的最大值和最小值中，如有一個與中間值的差異超過中間值的15%，則把最大及最小值一并舍去，取中間值作為該組試塊的抗壓強度值。如最大、最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試塊的實驗結果無效。）

表2 試樣不同配合比

3 試驗結果分析

3.1 不同齡期各組試樣的抗壓強度

表3 不同齡期各組試樣的抗壓強度

表3為不同齡期各組試樣的立方體抗壓強度，從表中數據可以看出：無論是什么樣的配合比，試樣都是隨著齡期的增加抗壓強度逐步增加的；同種齡期下，隨著生石灰參量的減少，粉煤灰參量的增加，試樣抗壓強度是逐漸減小的，當只有粉煤灰而無生石灰時，抗壓強度最小；隨著生石灰粉摻量的加大，粘聚力值提高的幅度也大。在粉煤灰中加入10%～20%的生石灰料即可顯著提高其抗壓強度，增強填料（粉煤灰）的整體性及穩定性。這是因為：從理論上講生石灰吸水后，CaO消化成Ca(OH)2，體積可增加1倍左右。因此生石灰加固土的成孔擠密和吸水膨脹機密作用是造成土體中特大孔隙和大孔隙減少的主要原因[4]。

3.2 不同齡期的荷載與位移

本文還進行了一組單參水泥和用粉煤灰和生石灰代替水泥的對比試驗，在總摻入比一定的情況下，當粉煤灰取代水泥后，試樣的抗壓強度有所下降，而且隨著粉煤灰的增加，抗壓強度值下降越多。從圖1對純水泥摻入時的立方體試塊應力應變曲線相比可知，在曲線達到峰值以前其與純水泥土試塊的形態相類似。但在通過峰值以后,由于粉煤灰的摻入使應力應變曲線的下降段變陡,這說明粉煤灰的摻入有使材料向脆性發展的趨勢。

圖1 單參水泥與雙灰荷載位移曲線

圖2 7天齡期荷載位移曲線

圖3 14天齡期荷載位移曲線

圖4 28天齡期荷載位移曲線

通過圖2、圖3，圖4，分析不同齡期試樣的荷載-位移曲線，可以得出以下結論：（1）密實度較高的雙灰拌合物試件，其應力—應變曲線均有峰值。(2)齡期較短的雙灰拌合物試件應力—應變曲線上，峰值強度所對應的軸向應變值較大，試件破壞后的殘余強度與峰值強度較接近。(3)齡期較長的雙灰拌合物試件，其峰值強度所對應的軸向應變較小，試件破壞后的殘余強度與峰值強度相差較大

4 結語

通過對不同配合比的粉煤灰和生石灰試樣的試驗研究，可得出如下結論：（1）試塊的抗壓強度隨著壓板的位移而均勻的增加，直到達到峰值，試塊破壞。（2）隨著粉煤灰摻量的減少和生石灰摻量的增加，而其抗壓強度也在減少。由此可以分析出，在適當比例下，減少粉煤灰的量，增加生石灰的量，粉煤灰和生石灰由于加固原理，使得試塊強度可以增加。（3）當粉煤灰摻量為最大，而生石灰摻量為0時，強度有了較大的降低。（4）隨著齡期的增長，抗壓強度逐步增加。

[1]周麗萍，申向東等，外參劑對水泥土改性效果的試驗研究[J].工業建筑，2009，39（7）：74-78

[2]范曉秋，洪寶寧，胡昕，等.水泥砂漿固化土物理力學特性試驗研究[J].巖土工程學報，2008，30(4):605-610.

[3]張明，白曉紅.粉煤灰在深層攪拌樁中的應用【J】。太原理工大學學報，2001，32（1），78-80

[4]王梅，白曉紅等，生石灰與粉煤灰樁加固軟土地基的微觀分析【J】。 巖土力學，2001，22(3).