地聚合物改良淤泥質土試驗研究

2022-08-31 02:30:14李凌志

四川建材 2022年8期

李凌志

(溫州市高速公路投資有限公司，浙江溫州 325000)

0 前言

在公路建設中，路基填料的要求是極為嚴格的。而對于不同的公路等級，抗壓強度標準也會有所不同，需要選用優質的路基填料。作為傳統路基填料的宕渣，由于政府加強了開山采石的限制，因此可供開采的宕渣量越來越小，料源日益緊缺。如今使用水泥、石灰等材料對淤泥質黏土進行加固處理，可以有效地提高土體強度并投入實際工程中使用，但是作為主要固化材料的硅酸鹽水泥，其在生產過程中產生大量的溫室氣體，對環境影響較大。地聚合物固化劑具有強度高的同時，在制造過程中能耗和三廢排放量都較低，是一種可持續發展的綠色環保材料，完全符合當下“雙碳”政策[1-2]。同時地聚合物固化對象是工程建設每年產生的廢棄土，為廢棄土的資源化再生利用提供條件，在降低環境污染的同時解決了優質路基填料需求不足的問題[3]。

1 試驗研究

1.1 原狀土基本物理性質

本工程廢棄土為溫州某地鉆渣，土體成分復雜，對本項目鉆渣進行了分批采樣，共采集5組原狀土，對其開展基本物理特性試驗，其物理指標如表1所示。

表1 原狀土基本物理性質

由表1可知，其液限小于50%，塑性指數<26。可對其進行填料化改良，用于路堤填筑。

1.2 試驗方案

因待利用的廢棄土天然含水量遠高于最優含水量，需要先降水再添加固化材料。同時，由于天然條件下晾曬降水難度大，因此擬通過二次加灰的工藝實現廢棄土填料化改良：①一次摻灰，通過添加減水材料，實現高含水率廢棄土的減水，同時實現淤泥的“砂化”，增加減水速率；②二次摻灰，待含水率降至可機械拌合狀態后，添加固化劑，增加填料改良土的強度及水穩定性[4]。

基于上述工藝思路，開展配合比的試驗，其試驗設計思路如圖1所示。

圖1 配合比設計思路圖

2 石灰降水與固化劑配比研究

2.1 石灰降水規律

為了驗證不同含水率下廢棄土減水效果，配置了45%、50%、55%、60%含水率的淤泥土。采用3%石灰降水，開展了試驗，降水規律如圖2所示。

圖2 土體含水率隨齡期變化曲線(室內試驗)

由圖2可知，初始含水率45%的淤泥土3 d可以降至含水率27%，基本滿足機械拌合的含水率需求，而初始含水率50%的淤泥土3 d降到含水率35%，降到含水率25%需要7 d。

由于室內為無風條件，與實際情況有所區別，依托實際土源開展了現場拌灰后的含水率測試。其結果如圖3所示。

圖3 土體含水率隨齡期變化曲線(現場試驗)

由圖3可知，初始含水率40%～50%，摻灰3%，室內降水較慢，但室外配合挖機翻曬，經過2～4 d，含水率可降至24%～27%，滿足機械拌合的含水率需求。因此確定摻入石灰量為3%，翻曬時間為2～4 d(與天氣因素關系較大)。

2.2 固化劑選型

地聚合物是一種無機聚合物材料，從空間結構和性能來看，它是一種三維非晶網狀結構的高性能無機膠凝材料。地聚合物的早期強度高，耐久性較好。同時，該類固化劑是以大宗無害工業廢棄物為主要材料，通過添加堿激發劑實現地聚合物的生產。本試驗以礦渣、粉煤灰為原料，堿渣作為堿激發劑提供堿性環境[5-6]。根據不同配合比配制了3種不同的固化劑，分別命名為固化劑1、固化劑2及固化劑3，材料配比如表2所示。

表2 固化劑材料配比

固化劑種類選取試驗：選擇了三類固化劑進行無側限抗壓強度和水穩試驗，具體數據如表3～5所示。

表3 固化劑1改良淤泥無側限抗壓強度和水穩系數表

表4 固化劑2改良淤泥無側限抗壓強度和水穩系數表

表5 固化劑3改良淤泥無側限抗壓強度和水穩系數表

對表3～5進行分析，固化劑1和固化劑2前期強度較高，但后期強度增長較緩慢，其水穩系數均小于0.6。固化劑3前期強度相對較小，但強度增長較均勻，也已經超出路基設計規范中CBR要求，特別是水穩系數均大于0.8，已經滿足《土壤固化劑應用技術標準》(CJJ/T 286—2018)中路基基層的水穩性要求，綜合考慮采用固化劑3方案。

2.3 固化劑配合比設計

結合上述減水試驗與室內配比試驗的成果，同時考慮到試驗段有部分石粉需要消納，因此試驗段在此基礎上增加了3%的石粉，建議開展廢棄土路用配比為：①3%石灰+3%石粉+2%固化劑3；②3%石灰+3%石粉+3%固化劑3；③3%石灰+3%石粉+4%固化劑3。其結果如表6所示。

表6 不同固化劑摻量下7 d無側限抗壓強度結果

由表6可知，摻入3%、4%固化劑的固化土水穩定系數均大于0.8，且相對于摻入3%固化劑，摻入4%固化劑對強度提升并不大，考慮工程成本，最終確定3%石灰+3%石粉+3%固化劑作為最終配比。

2.4 淤泥改良土路用試驗

對確定開展配比的類型，開展了擊實試驗，確定固化劑作用下最優含水率為22%及最大干密度1.64 g/cm3。在上述推薦配比下，開展了不同壓實度(94/96/100)下的CBR試驗，由于試驗土樣為改良土，需要固化齡期，因此本次試驗獲得的CBR值為7 d齡期(3 d養護+4 d浸水)的結果，結果如表7所示。