復(fù)合固化材料固化淤泥無側(cè)限抗壓強度研究

曾照波，郭航燕

(新疆北新路橋集團股份有限公司，烏魯木齊 830002)

0 引言

我國大部分疏浚后的淤泥放置在堆場，但是堆場放置的淤泥只靠天然蒸發(fā)遠遠達不到預(yù)期效果，含水率仍然較高。近年來，淤泥產(chǎn)量不斷增加，很多學(xué)者采用各種辦法來處置疏浚淤泥，取得了一定的效果。王東星等向淤泥中加入大摻量的粉煤灰作為固化材料，效果顯著，固化淤泥土的最佳含水率明顯降低，最大干密度、無側(cè)限抗壓強度、抗拉強度及彈性模量均有提高[1]。曹玉鵬等利用水泥等新型復(fù)合固化材料處理高含水率的疏浚淤泥[2]。張婉吟等利用巖土固化劑來處理淤泥，發(fā)現(xiàn)并非摻量越高越好，應(yīng)根據(jù)實際情況合理使用巖土固化劑，同時發(fā)現(xiàn)B固化劑的效果最好，用料少，節(jié)省資源，可以明顯縮短工期[3]。夏雄等利用普通硅酸鹽水泥作為固化劑，并對固化劑的合理摻量進行了研究[4]。曲濤等利用水泥固化土的無側(cè)限抗壓強度試驗，分析了水泥固化土在實際工程中的應(yīng)用前景[5]。選取典型的河道淤泥，利用不同摻量的水泥和生石灰作為固化劑，對固化淤泥土進行擊實試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗，通過SPSS正交設(shè)計分析軟件，探究其變化對淤泥強度性能的影響，嘗試得到一種經(jīng)濟型配比的固化劑。

1 配合比設(shè)計及擊實試驗

采用化學(xué)處理方法對典型的河道淤泥進行固化，固化用到的原料是水泥和生石灰。每一種固化劑對于淤泥的強度都有一定的影響，要想全面了解這兩種固化劑對試驗的影響是非常復(fù)雜的。研究表明，用生石灰與水泥作為固化劑時，生石灰超過一定摻入量后，強度不會增加反而會呈下降趨勢，即生石灰的摻入量并不是越高越好。結(jié)合具體情況，參照已有[6]的試驗結(jié)果，確定水泥劑量分別為2%、5%和8%(均為質(zhì)量比)，生石灰劑量分別為4%、8%和12%，剩余的成分為淤泥含量。利用SPSS軟件，對水泥、生石灰和淤泥這三種材料進行正交試驗設(shè)計，再利用重型擊實方法對上述材料擊實[7]，計算得到最大干密度和最佳含水率，如表1所示。

表1 復(fù)合固化劑固化淤泥土最大干密度與最佳含水率結(jié)果Tab.1 Results of maximum dry density and optimum moisture content of the solidification of silt soil through compound curing agent

2 試件制備及養(yǎng)生

按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51-2009)[8]的規(guī)定要求制備試件，尺寸均為直徑×高=50 mm×50 mm的圓柱形無側(cè)限抗壓強度試件并進行恒溫恒濕養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度控制在20℃±2℃、濕度控制在大于95%。

3 無側(cè)限抗壓強度的結(jié)果及分析

3.1 無側(cè)限抗壓強度計算

養(yǎng)生6 d后的試件浸水1 d后，進行無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗加載速度為1 mm/min，按照式(1)和式(2)計算無側(cè)限抗壓強度：

(1)

式中：RC—固化淤泥土試樣的無側(cè)限抗壓強度，MPa；P—固化淤泥土試樣破壞時的最大壓力，N；A—固化淤泥土試樣的截面積，mm3。

(2)

式中：D—固化淤泥土試樣的直徑，mm)。

同一組配比的試驗需要進行6個試件的重復(fù)試驗，最終取6個試驗數(shù)據(jù)的代表值為無側(cè)限抗壓強度，試驗結(jié)果如表2所示。由表2可知，當(dāng)生石灰劑量一定時，隨著水泥劑量的增加，7 d和28 d無側(cè)限抗壓強度基本呈上升趨勢；當(dāng)水泥劑量一定時，隨著生石灰劑量的增加，7 d和28 d無側(cè)限抗壓強度變化幅度不大，且無明顯的規(guī)律。

表2 復(fù)合固化劑固化淤泥土7 d、28 d無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果Tab.2 Results of unconfined compressive strength test maximum 7 d and 28 d after the solidification of silt soil through compound curing agent

3.2 無側(cè)限抗壓強度正交分析

利SPSS正交設(shè)計分析軟件，采用方差分析方法研究兩個因素，即生石灰和水泥的不同摻量對固化淤泥土7 d、28 d無側(cè)限抗壓強度的影響程度，從而得出其主體間的效應(yīng)檢驗，如表3和表4所示。

表3 主體間的效應(yīng)檢驗(7 d)Tab.3 Inter-subject effect test(7 d)

表4 主體間的效應(yīng)檢驗(28 d)Tab.4 Inter-subject effect test(28 d)

由表3可知，水泥摻量的差異性顯著的檢驗值(Sig.)為0.011，小于0.05，說明水泥摻量對固化淤泥土的7 d無側(cè)限抗壓強度影響顯著；而生石灰摻量的差異性顯著的檢驗值為0.284，大于0.05，說明生石灰對7 d無側(cè)限抗壓強度影響不顯著。

由表4可知，水泥摻量的差異性顯著的檢驗值(Sig.)為0.014，小于0.05，說明水泥摻量對固化淤泥土的28 d無側(cè)限抗壓強度影響顯著；而生石灰摻量的差異性顯著的檢驗值為0.694，大于0.05，說明生石灰對28 d無側(cè)限抗壓強度影響不顯著。

為了分析2%、5%和8%的水泥摻量之間的差異關(guān)系，對其分別進行7 d、28 d多重比較，分析如表5和表6所示。

表5 多重比較分析表(7 d)Tab.5 Analysis of multiple comparisons(7 d)

表6 多重比較分析表(28 d)Tab.6 Analysis of multiple comparisons(28 d)

基于觀測到的均值。誤差項為均值方=0.004。均值差值在 0.05 級別上較顯著。

由表5可以看出：2%的水泥與5%的水泥的差異性顯著的檢驗值(Sig.)為0.288，大于0.05，說明2%與5%水泥摻量之間差異不顯著，而2%與8%水泥之間和5%與8%水泥之間的Sig.值分別為0.005和0.013，均小于0.05，說明其差異非常顯著，且2%與8%水泥的影響更顯著。

基于觀測到的均值。誤差項為均值方 (錯誤)=0.003。均值差值在 0.05 級別上較顯著。

由表6可以看出：2%的水泥與5%的水泥的差異性顯著的檢驗值(Sig.)為0.081，大于0.05，說明2%與5%水泥摻量之間差異不顯著，而2%與8%水泥之間和5%與8%水泥之間的Sig.值分別為0.006和0.036，均小于0.05，說明其差異非常顯著，且2%與8%水泥的影響更顯著。

為進一步分析不同摻量水泥和生石灰對于固化淤泥土強度的影響，對其分別進行7 d、28 d無側(cè)限抗壓強度均值計算，如表7、8、9、10所示。

表7 不同摻量水泥對應(yīng)的固化淤泥土7 d無側(cè)限抗壓強度均值Tab.7 Mean value of unconfined compressive strength 7 d after the solidification of silt soil under different volumes of cements

根據(jù)表7、表8、表9和表10可知，綜合考慮不同摻量的水泥和石灰對固化淤泥土的7 d和28 d無側(cè)向抗壓強度的影響，水泥對固化土的無側(cè)向抗壓強度影響最大，即水泥含量越大，固化土的7 d和28 d強度越大。

表8 不同摻量生石灰對應(yīng)的固化淤泥土7 d無側(cè)限抗壓強度均值Tab.8 Mean value of unconfined compressive strength 7 d after the solidification of silt soil under different volumes of lime

表9 不同摻量水泥對應(yīng)的固化淤泥土28 d無側(cè)限抗壓強度均值Tab.9 Mean value of unconfined compressive strength 28 d after the solidification under different volumes of cements

表10 不同摻量生石灰對應(yīng)的固化淤泥土28 d無側(cè)限抗壓強度均值Tab.10 Mean value of unconfined compressive strength 28 d after the solidification under different volume of lime

4 結(jié)論

運用正交試驗方法對復(fù)合材料固化淤泥土的無側(cè)限抗壓強度試驗進行正交設(shè)計，并運用SPSS軟件進行試驗數(shù)據(jù)分析，確定影響無側(cè)限抗壓強度的因素。對應(yīng)8%的水泥劑量和12%石灰劑量的固化土，其7 d無側(cè)向抗壓強度的代表值為0.9 MPa，在水泥劑量相同的條件下，隨著石灰劑量的增大，28 d無側(cè)向抗壓強度增加得不明顯。

水泥對固化土的無側(cè)向抗壓強度影響最大，即水泥含量越大，固化土的7 d和28 d強度越大，但是，過大的水泥劑量容易造成固化土的干縮，并不夠經(jīng)濟。