电石渣作为筑坝基础材料的可行性研究

李亚军

(陕西省咸阳市金旭路水电勘察分院，陕西兴平 712000)

电石渣是在湿式发生器中生产电石而产生的一种水解反应副产物，是一种工业废物。据统计，2003年国内生产电石530万t，按消耗1 t电石产生1.2 t电石渣计，全国产生的电石渣超过600万t。堆放电石渣不仅占用大量土地，而且还可能因风干起灰，污染周边环境，如处理不当会严重制约企业的发展。因此，研究电石渣特性，开展电石渣的综合利用，具有重要的社会经济效益。目前国内电石渣回收利用在一定程度上取得了一些效果，缓解了电石渣对环境的污染。然而用于建材和环境治理用量有限，用于化工生产其预处理过程复杂。所以，大部分厂家仍然将电石渣弃置。为了进一步开展电石渣的综合利用，我通过对陕西某电石厂的电石渣，按照《水泥化学分析方法》(GB/T176-2008)、《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)、《水泥细度检验方法筛析法》(GB/T1345-2005)方法进行试验，质量按照《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-2008)、《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251-2000)对电石渣作为筑坝基础材料进行评价。

1 实验方法

1)电石渣的化学成分测定:按照GB/T176-2008执行。

电石渣的矿物组成采用Y-2000型X射线衍射仪(XRD)分析。

2)电石渣的物理及力学指标测定:按照GB/T50123-1999及GB/T1345-2005执行。

①电石渣粒径分布:将电石渣在105±1℃烘干至恒重，采用筛析法测定粒径分布。

②液限、塑限:采用FG-Ⅲ型光电式液塑限联合测定仪测定。

③击实:采用25击标准轻型电动击实仪测定。

④压缩:采用标准固结试验方法进行实验，扰动样用压实度0.93控制装样密度。

⑤抗剪强度:使用SDJ-Ⅱ型电动等应变直剪仪按快剪和慢剪两种状态进行，扰动样用压实度0.93控制装样密度。

⑥渗透:采用变水头试验，扰动样用压实度0.93控制装样密度。

2 实验原料及样品采集

2.1 实验原料

实验原料为陕西某电石厂的电石渣，颗粒细微，有臭味，颜色为灰～灰白色。

2.2 样品采集

样品分原状样(自然淤积失水干凝状态)和扰动样(模拟机械碾压)两种状态采集。

该渣场现状是，周边经人工围堵，中间自然淤积，逐渐加高，本次取样点形成时间近半年以上，现已形成近4 m高的电石渣场，该状态与建坝和加高坝体相似。原状样样品取自淤积面以下2.0 m，扰动样样品在淤积面表面取代表性样品。

3 实验结果及评价

3.1 电石渣的化学成分及评价

电石渣的化学成分如表1。从表1可以看出电石渣的主要化学成分是Ca(OH)2，其CaO的质量分数高达60%左右，还含有少量硅、铁、铝、钙、镁等成分。根据《水利水电工程地质勘察规范》标准判定电石渣对混凝土结构无侵蚀性。

表1 电石渣的主要化学成分分析 %

3.2 电石渣的物理力学性质及评价

1)电石渣样品的比重、液限、塑限、颗粒组成等试验结果，与样品扰动与否无关。

①电石渣的比重在2.26～2.28，比较稳定，低于一般粘性土的比重2.68～2.72，仅影响单位体积重量;

②液限、塑限都很高，塑性指数与黄土相接近;

③颗粒组成:一般情况下20%的颗粒粒径在50 μm～80 μm之间，80%的颗粒粒径在50 μm以下［3］。烘干过程中颗粒之间会发生粘结现象，烘干后电石渣的表观粒度会增加，但大部分仍小于0.005 mm，粘粒含量明显高于规程均质土坝粘粒含量10%～30%的要求。

2)原状样实验结果评价

①含水率较高(94.4% ～95.5%)，饱和度81% ～86%，干密度小(0.62～0.64 g/cm3)，孔隙比大(2.54 ～2.66)孔隙率72%～73%。

②渗透系数 0.590～4.030×10-4cm/s，与均质土坝要求应小于1×10-4cm/s稍有出入;

③压缩系数 a0.1 ～0.2=2.22 ～2.89-1MPa，压缩模量E0.1 ～0.2=1.23 ～1.60 MPa，属高压缩性;

④抗剪强度:总应力(快剪)c=14kPa，φ=16.5～17度;有效应力(慢剪)c'=0～3kPa，φ'=33～34度，抗剪强度偏低。

3)扰动样实验结果评价

标准击实(25次)，最大干密度 ρdmax=1.052～1.063 g/cm3，最优含水率ωop=43% ～43.5%。由击实曲线看出，材料压实性能受含水率影响不大。击实后试验按压实度Dr=0.93控制，相应试验样的干密度为0.98 g/cm3，含水率为44%，试验结果为:

①孔隙比1.33，孔隙率57%，饱和度76%;渗透系数0.516～1.000×10-4cm/s，满足均质土坝规范应小于1×10-4cm/s的要求;

②压缩系数 a0.1 ～0.2=0.14 ～0.20-1MPa，压缩模量E0.1 ～0.2=11.6 ～16.6 MPa，属中压缩性;

③抗剪强度:总应力(快剪)c=33～36 kPa，φ=32.5～34.0度、有效应力(慢剪)c'=20 ～32kPa，φ'=32.8 ～34.8度，抗剪强度满足要求。

4 小结

1)“自然淤积失水干凝状态”(原状)，因在自然淤积条件下形成，结构具微层理，属高的压缩性;渗透性稍偏大且不均;抗剪强度偏低。该状态若作为坝基或坝体持力层，建议再作进一步论证研究。

2)扰动样，经击实后的物理力学性能试验，除粘粒含量偏高外，其它各项试验指标基本满足土石坝土料质量要求。

3)电石渣作为筑坝基础材料，试验采用GB/T50123-1999及GB/T1345-2005试验，按照SL251-2000规程评价妥否，有待进一步验证;当选用电石渣“自然淤积失水干凝状态”或“机械(人工)碾压”筑坝时，应针对工程实际电石渣料进行取样试验对比，补充其他试验指标。

［1］杨娟、钱觉时.谈电石渣特性及其建材资源化途径.粉煤灰综合利用.2007，(3):54 ～56.

［2］黄存捍、邓寅生、邢学玲、鲁静.电石渣的综合利用途径.焦作工学院学报.2004，(2):143 ～146.

［3］高敏、文柏鸣.电石渣制水泥的原料特性研究.新世纪水泥导报.2009，(2):1 ～5.

［4］董永刚、曹建新、刘飞、张煜.电石渣理化性质的分析与表征.环境科学与技术.2008，(9):96～98.