垃圾滲濾液水泥土強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究★

徐海波 周文淵

(1.安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000；2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 231000)

1 概述

水泥土是建筑、水利、市政等工程中一種常用的防滲材料，其形式可以通過將水泥土以樁體連接的方式形成具有一定強(qiáng)度的防滲墻，還可以采用回填夯實(shí)的方式形成隔滲層，具有造價(jià)低、施工便利、強(qiáng)度高、防滲效果突出等優(yōu)點(diǎn)[1,2]。不同工程對水泥土材料的力學(xué)性質(zhì)要求不同，如地基處理、邊坡加固等工程主要利用水泥土提高原有巖土材料的強(qiáng)度，控制其變形，側(cè)重于水泥土的強(qiáng)度和變形特性；堤壩截滲、基坑止水等工程主要利用水泥土的抗?jié)B性能，阻斷滲流通道；垃圾填埋場底部鋪墊水泥土截滲既利用了水泥土的抗?jié)B性能又利用了在一定荷載下水泥土具有較高的強(qiáng)度。

目前對于水泥土的研究主要集中于水泥摻入量、齡期、外摻劑、含水率、試樣的制作方式和外觀形狀等因素對滲透特性和力學(xué)特性的影響方面；此外，水泥土的耐腐蝕性也是許多學(xué)者的研究重點(diǎn)。研究表明，水泥土的滲透特性和力學(xué)特性與周圍作用環(huán)境直接相關(guān)；如經(jīng)低濃度Mg2+溶液處理后，水泥土強(qiáng)度增大；但在高濃度Mg2+溶液處理后，水泥土強(qiáng)度反而降低。有關(guān)環(huán)境對水泥土力學(xué)性質(zhì)的影響主要集中于海水、硫酸鹽、氯化鎂、生活污水、造紙廠污水等方面，袁偉[3]、劉泉聲等[4]、白曉紅等[5]對此進(jìn)行了深入研究。

垃圾滲濾液是垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土層的飽和持水量，并經(jīng)歷垃圾層和覆土層形成的一種高濃度廢水，是垃圾填埋場二次污染物中污染周邊環(huán)境、地下水、地表水和影響居民健康的主要污染物[6]。由于垃圾滲濾液在物質(zhì)組成、物理化學(xué)性質(zhì)等方面與海水、硫酸鹽、生活污水等溶液存在明顯差異，滲濾液水泥土強(qiáng)度必然與上述成果存在差異。本文通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和不固結(jié)不排水三軸壓縮試驗(yàn)，系統(tǒng)揭示滲濾液水泥土的強(qiáng)度特性，研究成果對指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工，保障水泥土截滲墻的工程安全具有指導(dǎo)意義。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1)土料和水泥。土料為低液限粉土，具有滲透系數(shù)高、強(qiáng)度較低等特點(diǎn)。水泥為珍珠牌普通硅酸鹽水泥，型號為P.O32.5。2)垃圾滲濾液。垃圾滲濾液參照文獻(xiàn)[6]進(jìn)行人工制備。制備裝置為直徑15 cm、高150 cm的有機(jī)玻璃柱，底部從下往上依次布設(shè)細(xì)砂、垃圾、細(xì)砂，上部有進(jìn)水口，底部設(shè)有滲濾液出水口。垃圾主要成分為廚余物67.2%、紙布類6.1%、塑料5.3%、泥土15.8%、其他5.6%。通過對有機(jī)玻璃柱淋水、浸泡，不定期取滲濾液20份，全部充分混合后即為試驗(yàn)所用的垃圾滲濾液。3)試樣制備及方案。試樣為直徑39.1 mm、高80 mm的圓柱樣，水泥摻入比(為水泥質(zhì)量/干土質(zhì)量)為8%和12%，水灰比為1∶1。為對比滲濾液對水泥土的影響，分別將水泥土在清水和滲濾液兩種環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度(20±2)℃，濕度95%以上。強(qiáng)度試驗(yàn)共做48組，其中無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)36組，三軸不固結(jié)不排水剪12組，試樣齡期為7 d，14 d，28 d。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)共計(jì)36組，每組3個試樣，取3個試樣的平均值作為該組試樣的代表值，表1為各組無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試樣的代表值。

表1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)水泥土強(qiáng)度代表值

根據(jù)表1可知，水泥摻入比8%和12%的正常水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期的關(guān)系與前人研究成果基本相似，均隨齡期的增大而增大，兩者呈非線性關(guān)系，在齡期14 d前，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高顯著，齡期14 d的強(qiáng)度約為齡期7 d強(qiáng)度的1.5倍；齡期14 d后水泥土強(qiáng)度增大幅度小于前14 d，齡期28 d的強(qiáng)度約為齡期14 d強(qiáng)度的1.2倍。相同齡期，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻入比的增加而增大。

兩種摻入比的滲濾液水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的增大而增大，與齡期均呈非線性關(guān)系，齡期越短，強(qiáng)度增大幅度越大；反之，齡期越長，強(qiáng)度增大幅度變緩；以摻入比為8%為例，齡期28 d，14 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為齡期7d的2.0倍和1.5倍左右。對于相同齡期，無側(cè)向抗壓強(qiáng)度隨水泥摻入的增大而增大。

相同齡期的滲濾液水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均小于正常水泥土的強(qiáng)度，說明滲濾液降低了水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。水泥摻入比為8%的滲濾液水泥土，7 d，14 d，28 d齡期的強(qiáng)度分別為正常水泥土相同齡期的0.62，0.66和0.69倍；水泥摻入比為12%的滲濾液水泥土，7 d，14 d，28 d齡期的強(qiáng)度分別為正常水泥土相同齡期的0.7，0.71和0.73倍；即滲濾液對強(qiáng)度的影響還與水泥摻入比的多少有關(guān)，水泥摻入比越大滲濾液對強(qiáng)度的影響越小。

3.2 不固結(jié)不排水三軸壓縮(UU)試驗(yàn)

不固結(jié)不排水三軸壓縮試驗(yàn)共計(jì)12組，正常水泥土和滲濾液水泥土均做6組，每種摻入比在7 d,14 d和28 d齡期分別做一組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)采用的圍壓有100 kPa,200 kPa,400 kPa和600 kPa四種。表2為UU試驗(yàn)各組水泥土破壞強(qiáng)度值，表3通過摩爾圓求得的各組試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

表2 UU試驗(yàn)水泥土破壞強(qiáng)度

表3 UU試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度參數(shù)

正常水泥土和滲濾液水泥土測得的破壞強(qiáng)度均隨齡期的增加而增大，隨水泥摻入比的增大而增大；對于相同齡期、相同水泥摻入比的水泥土破壞強(qiáng)度值基本上是相同的。滲濾液水泥土破壞強(qiáng)度小于相同條件下正常水泥土的破壞強(qiáng)度值，減小程度與齡期、水泥土摻入比均相關(guān)；齡期越長水泥土強(qiáng)度減小的越大，水泥摻入比越大，水泥土強(qiáng)度減小的越小；滲濾液水泥土齡期越長滲濾液對水泥土的侵蝕越充分，勢必減小水泥土的強(qiáng)度，而另一方面隨著齡期的增大，水泥土土體發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)越充分，提高了水泥土的強(qiáng)度，但兩者之中水泥摻入比對強(qiáng)度的影響起主導(dǎo)作用，因此滲濾液水泥土強(qiáng)度宏觀上表現(xiàn)出隨齡期的增大而增加。表3中，水泥土凝聚力介于141 kPa～511 kPa之間；兩種環(huán)境下的水泥土試樣凝聚力均隨水泥摻入比的增大和齡期的增大而增加；相同條件下，滲濾液水泥土的凝聚力小于正常水泥土。

4 結(jié)論

1)根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，無論正常水泥土還是滲濾液水泥土，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨齡期的增大和水泥摻入比的增大而增加，且與齡期均呈非線性關(guān)系，齡期越短，強(qiáng)度增大幅度越大；反之，齡期越長，強(qiáng)度增大幅度變緩；滲濾液水泥土強(qiáng)度小于正常水泥土的強(qiáng)度，強(qiáng)度的減小程度與水泥摻入比的大小相關(guān)，水泥摻入比越大滲濾液對強(qiáng)度的影響越小。

2)根據(jù)常規(guī)三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)(UU)結(jié)果，正常水泥土和滲濾液水泥土測得的破壞強(qiáng)度均隨齡期的增加和水泥摻入比的增加而增大；相同齡期、相同水泥摻入比，水泥土的破壞強(qiáng)度基本上是相同的；滲濾液水泥土破壞強(qiáng)度小于相同條件下正常水泥土的破壞強(qiáng)度值，減小程度與齡期、水泥土摻入比均相關(guān)；齡期越長水泥土強(qiáng)度減小的越大，水泥摻入比越大，水泥土強(qiáng)度減小的越小。

3)滲濾液水泥土齡期越長，滲濾液對水泥土的侵蝕越充分，勢必減小水泥土的強(qiáng)度，而另一方面隨著齡期的增大，水泥土土體發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)越充分，提高了水泥土的強(qiáng)度，但兩者之中水泥摻入比對強(qiáng)度的影響起主導(dǎo)作用，因此滲濾液水泥土強(qiáng)度宏觀上表現(xiàn)出隨齡期的增大而增加。