電石渣固化軟土的強度特性研究

韓巍 王彥波，3 程寅* 樊慶霈 李景豪 劉濤 郝永明 于浩

（1新疆中泰創安環境科技股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830026；2交通運輸部科學研究院，北京1000292；3阿拉爾市富麗達纖維有限公司，新疆 阿拉爾 843300；4中泰大學，新疆 烏魯木齊 830026）

0 引言

電石渣又稱電石灰，是工業生產聚氯乙烯、乙炔氣等產品過程中產生的廢渣。其主要成分是Ca（OH）2，為高堿性物質。排放及存儲電石渣需占用大量耕地，長期存放的土地會嚴重鈣化，復耕非常困難；同時電石渣的長期堆存也存在嚴重的環境問題，因此對電石渣資源化利用研究十分必要。電石渣具備離子交換、火山灰反應、碳酸化反應和結晶反應所需的Ca2+，并且能提供堿性激發環境以促進火山灰反應的進行，同時電石渣比表面積較大，利于促進上述物理化學反應的充分進行。因此，將電石渣用作道路路基地基材料加以使用成為其高效資源化利用的有效途徑。

目前已有巖土工作者開展了部分電石渣用于道路基層材料的相關研究[1-3]。藥秀明等[4]利用電石渣、粉煤灰作為路基填料使用于廠區道路工程中，鋪筑效果良好并提出了相應的混合料施工工藝及壓實質量檢測方法。龐巍等[5]分析了電石渣改良鹽漬土路基填料的效果，結果表明電石灰固化改良后，鹽漬土塑性指數緩慢降低； 隨著摻入量的增加，其最優含水率和CBR值都相應的增大。杜延軍、劉松玉等[3，6]開展了電石渣改良過濕土路基的現場試驗和室內試驗的系列研究，結果表明電石渣可有效提高過濕土無側限抗壓強度、CBR、回彈模量、土體貫入阻力和干濕循環耐久性等力學特性，且其改良效果顯著優于傳統生石灰改良土。

但目前對于電石渣應用于道路路基的研究多限于過濕路基土，未見有對于在普通軟土路基的使用及作為路基填料直接使用的系統研究。因此，為滿足電石渣應用于更廣范圍的軟基處理及路基填筑，對其深入研究具有必要性。

1 試驗材料和試驗方案

1.1 試驗材料

1）土樣（DT）：本研究所用土樣為取自北京某地的天然粘性土樣。土樣的物理力學性質見表1所示，化學組成見表2所示。

2）固化劑：① 電石渣（C）：取自新疆，磨細至比表面積400 m2/kg；

② 礦渣（K）：山東萊鋼集團生產的磨細高爐礦渣，比表面積400 m2/kg；

③ 粉煤灰（F）：取自徐州，比表面積350 m2/kg。

固化劑的化學組成見表3所示。

表1 土樣的物理性質指標

表2 土樣的化學組成

表3 固化劑的化學組成 （%）

1.2 試驗方案

1）采用電石渣單獨固化土，電石渣摻量(電石渣與濕土的質量比，水灰比=0.5)由5%逐漸增長到70%，測試固化土的7d強度和28d強度隨電石渣摻量的變化規律。

2）固定電石渣摻量為15%、20%、25%，向土樣中增加摻入一定量的水，使土樣的含水率分別增加3%、5%、10%、15%，測試固化土7d和28d強度，測試不同電石渣摻量下，固化土強度隨土樣含水率增量的變化規律。

3）固定固化劑總摻量10%，采用電石渣與礦渣和粉煤灰以不同比例混合，測試固化土的28d強度，測試電石渣與礦渣和粉煤灰之間的最佳配合比。

2 試驗結果和分析

2.1 電石渣單獨穩定土的強度特性

2.1.1 固化土強度隨電石渣摻量的變化規律

采用電石渣單獨固化土，固化土的7d強度和28d強度隨電石渣摻量的變化曲線如圖1（a）和圖1（b）所示。

（a）7d強度

（b）28d強度

圖1 電石渣單獨固化土強度

圖1（a）和（b）的試驗結果顯示：固化土的7d和28d強度均隨著電石渣摻量呈現出先增長后下降的變化趨勢。固化土的7d強度在電石渣摻量為20%時達到最大，為138kPa；固化土的28d強度在電石渣摻量為15%時達到最大，為267kPa，但在電石渣摻量為20%時，固化土的28d強度也達到257kPa，與電石渣摻量15%時的強度相近。

綜合上述試驗結果可以得出：電石渣摻量為20%時，固化土強度最佳，即電石渣的最佳摻量為20%。

2.1.2 土樣含水率對電石渣穩定土強度的影響規律

在電石渣摻量分別為15%、20%、25%的基礎上，向土樣中增加摻入一定量的水，使得土樣的含水率分別增加3%、5%、10%、15%，測試固化土的7d和28d強度，得到不同電石渣摻量下，固化土強度隨土樣含水率增量的變化曲線，如圖2～圖4所示。

圖2 電石渣固化土強度隨含水率增量的變化曲線（電石渣摻量15%）

圖3 電石渣固化土強度隨含水率增量的變化曲線（電石渣摻量20%）

由圖2的試驗結果可以看出：當電石渣摻量為15%時，固化土強度隨土樣含水率增量的增加呈現出先增加后減小的趨勢。當土樣含水率增加5%時，固化土28d強度達到300kPa，比原土樣在等量的電石渣摻量下的固化土強度增長了近20%。

圖3和圖4的試驗結果顯示：當電石渣摻量為20%和25%時，固化土強度隨土樣含水率增量的增加呈現出逐漸減小，這與電石渣摻量為15%時固化土強度隨土樣含水率變化的規律不同。但是，對比含水率增量為3%時的固化土強度與原土樣在等量的電石渣摻量下的固化土強度可以看出：當電石渣摻量為20%時，含水率增加3%時的固化土強度比原土樣固化土強度增長了75%以上；當電石渣摻量為25%時，含水率增加3%時的固化土強度也比原土樣固化土強度有所增長。

圖4 電石渣固化土強度隨含水率增量的變化曲線（電石渣摻量25%）

上述試驗結果表明：適量增加土樣的含水率有利于增加電石渣固化土的強度。當電石渣摻量為15%時，土樣含水率增加5%，固化土強度最佳；當電石渣摻量為20%和25%時，土樣含水率增加3%，固化土強度最佳。

2.2 電石渣激發礦渣、粉煤灰共同穩定土的強度特性

電石渣具備離子交換、火山灰反應、碳酸化反應和結晶反應所需的Ca2+，并且能提供堿性激發環境以促進火山灰反應的進行，同時電石渣比表面積較大，利于促進上述物理化學反應的充分進行。同時，礦渣和粉煤灰也屬于工業廢渣，它們的有效利用也會產生很好的經濟效益和環境效益。

本節采用電石渣與礦渣和粉煤灰以不同比例混合（總摻量10%），測試固化土的28d強度，以尋求電石渣與礦渣和粉煤灰之間的最佳配合比。

2.2.1 電石渣激發礦渣穩定土的強度

表4的試驗結果顯示：礦渣與電石渣共同固化土的28d強度顯著高于電石渣單獨固化土的強度。固化土28d強度隨著固化劑中電石渣摻量的增加而逐漸降低，礦渣：電石渣=9：1時，固化土強度最高，是礦渣與電石渣的最佳配比。

表4 不同配比的電石渣和礦渣共同固化土強度（MPa）

2.2.2 電石渣激發粉煤灰穩定土的強度

表5的試驗結果顯示：粉煤灰與電石渣共同固化土的28d強度也顯著高于電石渣單獨固化土的強度。與上述的礦渣和電石渣共同固化土不同的是，粉煤灰+電石渣共同固化土強度隨著固化劑組分中電石渣摻量的提高呈現出先增大后減小的趨勢，當粉煤灰：電石渣=8：2時，固化土強度最高。

表5 不同配比的電石渣和礦渣共同固化土強度（MPa）

綜合上述電石渣與礦渣、粉煤灰共同固化土的試驗結果可以看出：電石渣激發礦渣和粉煤灰共同固化土效果顯著，電石渣與礦渣、粉煤灰之間都存在一個最佳配合比，礦渣：電石渣=9：1，粉煤灰：電石渣=8：2是最佳配合比。

3 結語

1）采用電石渣單獨固化土，固化土強度隨電石渣摻量增加呈現先增大后減小的趨勢，電石渣摻量為20%時，固化土強度最高。

2）適量增加土樣的含水率有利于增加電石渣固化土的強度。當電石渣摻量為15%時，土樣含水率增加5%，固化土強度最佳；當電石渣摻量為20%和25%時，土樣含水率增加3%，固化土強度最佳。

3）電石渣激發礦渣和粉煤灰共同固化土效果顯著，電石渣與礦渣、粉煤灰之間都存在一個最佳配合比，礦渣：電石渣=9：1，粉煤灰：電石渣=8：2是最佳配合比。