硫酸鹽漬土及其改良土強度特性對比分析

摘 要：爐渣是火力發(fā)電廠和居民燃煤取暖排出的一種固體廢渣，文章以爐渣作為改良劑在室內(nèi)進行了天然硫酸鹽漬土和爐渣不同配比的改良硫酸鹽漬土的無側(cè)限抗壓強度、剪切強度和抗拉強度對比試驗，分析了不同壓實度和爐渣摻入量對天然硫酸鹽漬土強度特性的改良效果。試驗結(jié)果表明：壓實度對改良硫酸鹽漬土無側(cè)限抗壓強度、剪切強度和抗拉強度增幅的影響比爐渣摻入量要大，且在相同壓實度下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土無側(cè)限抗壓強度、剪切強度和抗拉強度小幅度增大并有趨于穩(wěn)定的趨勢，說明隨著爐渣摻入量的增加對改良硫酸鹽漬土后期強度的影響不明顯。

關鍵詞：硫酸鹽漬土；改良土；無側(cè)限抗壓強度；剪切強度；抗拉強度

前言

鹽漬土是在特定地理環(huán)境或人為條件下形成的具有特殊性質(zhì)的土，鹽漬土的組成與一般土不同，在固相中含有結(jié)晶鹽，液相中含有鹽溶液，并且其變形和強度特性具有自己的特點，分布一般具有明顯的地域性。前人研究結(jié)果表明，利用物理方法、化學方法及物理化學方法改良固化鹽漬土，可提高鹽漬土的強度和剛度[1-4]。爐渣是火力發(fā)電廠和居民燃煤取暖排出的一種固體廢渣，具有強度高、壓縮性小、透水性好的工程特性，文章以固體廢棄物爐渣作為硫酸鹽漬土的改良劑，在室內(nèi)進行了硫酸鹽漬土及其改良土無側(cè)限抗壓強度、剪切強度和抗拉強度特性的對比試驗，以期獲得爐渣廢料處理的新途徑并為硫酸鹽漬土的改良提供理論參考依據(jù)。

1 試驗描述

1.1 試驗材料

試驗所需鹽漬土取自甘肅張掖艾黎大道公路沿線，土樣泛白，土質(zhì)均勻，固體廢棄物爐渣來源于民用鍋爐燃煤排出的廢渣，爐渣使用前用粉碎機粉碎并研磨處理，將土樣和處理后的爐渣過0.5mm土工篩后備用，土樣和爐渣中易溶鹽各離子含量如表1所示，根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40-2007）可確定為硫酸鹽漬土。試驗材料的準備分為過篩稱量、混合配料、土樣制備和養(yǎng)護四個階段，由擊實試驗得到的天然硫酸鹽漬土和爐渣改良鹽漬土的最優(yōu)含水率和最大干密度數(shù)值相近，因此試樣的制備均按照天然硫酸鹽漬土的最優(yōu)含水率和最大干密度制備，其中無側(cè)限抗壓強度試驗、剪切試驗和抗拉強度試驗均采用圓柱體土樣，直徑和高度分別為61.8×61.8mm、61.8×20mm和61.8×40mm，將制備好的試樣裝入塑料袋密封好，在室內(nèi)養(yǎng)護（室內(nèi)溫度25℃-28℃），養(yǎng)護齡期均為7d。

1.3 強度測試

在試驗過程中，無側(cè)限抗壓強度試驗采用YYW-2型應變控制式無側(cè)限壓力儀，抗拉強度試驗采用材料萬能試驗機，抗剪強度試驗采用應變控制式直剪儀，所有強度試驗控制的加載速率均為0.8mm/min，試驗過程中記錄下試樣破壞的最大值。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 無側(cè)限抗壓強度特性

無側(cè)限抗壓強度試驗是評價改良土力學強度的常用試驗，文章進行的是硫酸鹽漬土及其改良土養(yǎng)護7天不飽水無側(cè)限抗壓強度對比試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，繪制不同壓實度下硫酸鹽漬土及其改良土的7天不飽水無側(cè)限抗壓強度曲線，如圖1所示。

從圖1可以得出，在試驗設計的7d養(yǎng)護齡期條件下，壓實度和爐渣摻入量均影響硫酸鹽漬土及其改良土的無側(cè)限抗壓強度，且強度隨著壓實度和爐渣摻入量的增加而增大，強度極差分析后可知壓實度對無側(cè)限抗壓強度增幅的影響比爐渣摻入量要大。在相同壓實度下，爐渣摻量從0%增加到10%時，改良硫酸鹽漬土的無側(cè)限抗壓強度增加幅度顯著，并隨著爐渣摻量的進一步增加，改良硫酸鹽漬土無側(cè)限抗壓強度小幅度增大并有趨于穩(wěn)定的趨勢，說明隨著爐渣摻量的增加對改良硫酸鹽漬土后期無側(cè)限抗壓強度的影響不明顯。

2.2 剪切強度特性

土的抗剪強度是研究土力學非常重要的參考指標，可以表征土體抵抗剪切破壞的極限能力。文章剪切試驗采用常規(guī)的不固結(jié)不排水法進行，加荷等級依次為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，根據(jù)試驗結(jié)果繪制了不同壓實度下硫酸鹽漬土及其改良土抗剪強度曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，在每級垂直荷載作用下，硫酸鹽漬土及其改良土的抗剪強度與爐渣摻入量關系曲線的變化規(guī)律相似，壓實度和爐渣摻入量均會影響硫酸鹽漬土的剪切強度，且剪切強度極差分析后可知壓實度對剪切強度增幅的影響比爐渣摻入量要大。在相同壓實度條件下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土剪切強度增幅減小并有趨于穩(wěn)定的趨勢，說明隨著爐渣摻量的增加對改良硫酸鹽漬土后期剪切強度的影響不明顯。

2.3 抗拉強度特性

抗拉強度是材料的一個重要力學性能指標，文章參照混凝土和巖石類材料的劈裂法進行了硫酸鹽漬土及其改良土的抗拉強度對比試驗，該方法對于測試鹽漬土的抗拉強度目前尚無國家規(guī)范可參考，根據(jù)試驗結(jié)果繪制了不同壓實度下硫酸鹽漬土及其改良土的抗拉強度曲線，如圖3所示。

與圖1和圖2所得的無側(cè)限抗壓強度和剪切強度對比可知，硫酸鹽漬土及其改良土抵抗拉伸破壞的能力相對較弱。從圖3可以看出，壓實度和爐渣摻入量均會影響硫酸鹽漬土及其改良土的抗拉強度，抗拉強度極差分析后可知，與無側(cè)限抗壓強度和剪切強度相比較，壓實度對硫酸鹽漬土及其改良土抗拉強度的影響遠比爐渣摻入量大。且相同壓實度下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土抗拉強度增幅減小并有趨于穩(wěn)定的趨勢，說明隨著爐渣摻入量的增加對改良硫酸鹽漬土后期抗拉強度的影響不明顯。

3 結(jié)束語

（1）用固體廢棄物爐渣對硫酸鹽漬土進行改良，壓實度對無側(cè)限抗壓強度、剪切強度和抗拉強度增幅的影響比爐渣摻入量要大，且在相同壓實度下，隨著爐渣摻入量的增加，改良硫酸鹽漬土強度增幅減小并有趨于穩(wěn)定的趨勢，說明隨著爐渣摻入量的增加對改良硫酸鹽漬土后期強度的影響不明顯。（2）文章的研究僅限于單一的固體廢棄物爐渣對硫酸鹽漬土改良效果，進一步的推廣及應用尚需更多的試驗驗證。

參考文獻

[1]楊曉松.粉煤灰改良氯鹽漬土工程特性的試驗研究[D].西安：西北農(nóng)林科技大學，2009.

[2]陳潔，張衛(wèi)兵，錢曉明.粉煤灰改良硫酸鹽漬土強度特性試驗研究[J].寧夏工程技術，2015，14（2）：152-154.

[3]文桃，米海珍，馬連生，等.石灰改良黃土狀硫酸鹽漬土強度的影響因素研究[J].建筑科學與工程學報，2015，32（2）：104-110.

[4]溫利強.我國鹽漬土的成因及分布特征[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2010.

作者簡介：秦虎（1985-），男，甘肅張掖人，工學博士，副教授，從事巖土工程與地下空間方面的教學與科研工作。