粉煤灰固化淤泥路用性能的試驗研究★

陳志明 金明東 江來榮 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研究★

陳志明 金明東 江來榮 李淑娥

(南通市公路管理處，江蘇 南通 226001)

針對淤泥傳統拋填中產生的環境污染問題，提出將淤泥固化處理后轉化為工程填土的方法，通過輕型擊實和無側限抗壓強度試驗，分析了粉煤灰固化淤泥的路用性能，試驗結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，抗壓強度

0 引言

淤泥具有含水量高、滲透系數小、強度低、有機質含量高等特點，不適合作路堤填料。長期以來，國內對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，還對周圍環境造成二次污染[1-3]。淤泥固化方法有效地將淤泥變為可利用的工程填土，節約了大量土地資源，減少環境污染，是保證工程建設可持續發展的有效途徑。

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生水化反應，生成穩定的粉煤灰淤泥結晶物，構成具有強度的堅固骨架，達到加固淤泥的目的[4-6]。加固淤泥的固化劑主要以石灰、水泥、粉煤灰等無機固化劑為主。近年來，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，通過輕型擊實試驗和無側限壓縮試驗研究固化淤泥的擊實特性和無側限抗壓強度特性。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

淤泥取自江蘇省231省道沿線，淤泥呈現黑色、灰黑色，液限含水量為51.6%，塑限含水量為30.8%，塑性指數為20.8，液性指數為1.16，粘土顆粒(<0.01 mm)含量為51.7，天然含水量為55.6%，有機質含量為2.73%。粉煤灰為灰白色，粉煤灰的化學成分主要有：SiO2，占64.5%，Al2O3，占23.5%，Fe2O3，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

現場所取得淤泥試樣經過風干、碾碎，采用孔徑為2 mm的鐵篩進行篩分，按設定的干土質量比例摻入粉煤灰，無側限壓縮試驗試樣分5層制作，每層壓實高度為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 試驗方法

輕型擊實試驗設備為DJ-Q型電動擊實儀，分3層擊實，每層25下。

粉煤灰固化淤泥的無側限抗壓強度試驗在YYW無側限壓縮儀上完成，最大荷載為50 kN，測力鋼環為600 N，電動升速為3 mm/min。

2 試驗結果分析

2.1 最大干密度和最優含水量

采用粉煤灰固化處理的淤泥試樣的輕型擊實曲線如圖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曲線。由圖2看出，粉煤灰的最大干密度為9.2 kN/m3，最優含水量為32.8%；淤泥的最大干密度為15.4 kN/m3，最優含水量為23.0%。隨著粉煤灰摻入量增加，粉煤灰固化淤泥的擊實曲線逐漸向粉煤灰的擊實曲線靠近，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，最優含水量逐漸增大。

粉煤灰固化淤泥的最大干密度和最優含水量隨粉煤灰摻加量的變化規律如圖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，最優含水量由23%增大至25%。粉煤灰與淤泥中的水分發生水化反應，消耗淤泥中的部分自由水，在固化淤泥中形成結合水，導致粉煤灰固化淤泥的最優含水量增加；由于水的密度小于淤泥的密度，結合水增加，導致固化淤泥的最大干密度減小。

在路堤填筑施工現場，常常在粉煤灰摻加后很長一段時間都無法碾壓，出現碾壓滯后現象，稱之為延遲擊實。選取淤泥∶粉煤灰=8∶2的固化淤泥的擊實曲線為例，如圖4所示，將摻加粉煤灰的淤泥分別加水、調勻，分別燜灰、靜置1 d，7 d，14 d和28 d，然后進行輕型擊實試驗，粉煤灰固化淤泥的輕型擊實曲線如圖4所示。從圖4中看出，延遲1 d和7 d固化淤泥的擊實曲線與不延遲擊實曲線的形狀相似；延遲14 d和28 d的擊實曲線比不延遲擊實曲線更加平緩。

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

2.2 無側限抗壓強度

粉煤灰固化淤泥的無側限抗壓強度如圖6所示，固化淤泥的抗壓強度隨著齡期的增加而增大。無側限抗壓強度增加的機理是由于淤泥與粉煤灰之間產生水化反應的結果。在粉煤灰固化淤泥中添加纖維的無側限抗壓強度如圖7所示。在粉煤灰固化淤泥的基礎上，再添加一定量的無機纖維材料后，無側限抗壓強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，無側限抗壓強度qu從355 kPa增至576 kPa。

淤泥固化前后的微觀結構掃描電鏡(SEM)結果解釋了固化淤泥強度增強的機理[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

等，沒有牢固的連接。固化淤泥掃描電鏡照片上清晰地看出，在松散土顆粒孔隙間分布有許多細針狀的水化產物——水化硅酸鈣，引起固化淤泥強度增長。隨著養護齡期的增加，細針狀的水化硅酸鈣晶體數量逐漸增加，齡期為28 d固化淤泥的SEM圖片上可見水化產物附著在土顆粒表面，土顆粒增大，固化淤泥因水化產物膠結、充填作用而增強。

3 結語

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

2)碾壓不及時是路基填筑的常見現象，隨著碾壓延遲時間增加，固化淤泥的最大干密度減小，最優含水量增加。

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

4)粉煤灰固化淤泥可以作為填料應用于路基填筑，粉煤灰屬于工業廢料，價廉量多，從經濟實用的角度考慮，粉煤灰固化淤泥技術值得推廣。

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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★：江蘇交通廳科技項目(項目編號：2014Y04,2015T18)

陳志明(1975- )，男，高級工程師

U214.11

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