粉煤灰与生石灰加固软土的力学特性试验研究

盛桂琳 李国政

（1.河南大学 土木建筑学院，河南 开封 475000；2.威海银河长征风力发电设备有限公司，山东 威海 264200）

1 前言

生石灰与粉煤灰桩（简称二灰桩）由于价格便易，工艺简单，废物利用等优点而在许多地基加固工程中得到应用[1-3]。二灰加固软土地基这一特殊的加固方法，既有物理加固作用即挤密和和置换以及吸水作用，又有化学加固作用即生石灰和粉煤灰与土体发生一系列化学反应，带来桩体周围土体的微观结构变化。人们早已从理论上认识到粉煤灰掺加石灰可作为胶凝材料去加固土，并进行了大量的试验研究，由于作为胶凝材料强度太低未引起人们足够的重视。但随粉煤灰引起的环境问题日益恶化和粉煤灰在建材中应用后对节约能源、资源的积极作用，以及粉煤灰建材资源化观点为更多人所接受，粉煤灰掺加石灰作为激发粉煤灰活性去加固土的意义越来越大，对这进行深入的研究不仅有比较重要的理论意义，也有非常广泛的应用前景。

2 试样制备和试验方法

本文的试验材料，土采用开封地表的黄土，其物理性能指标见表1；粉煤灰选取Ⅱ级磨细粉；生石灰选取的市售的块状生石灰，它的化学成分是钙质生石灰粉，经过研磨加工成生石灰粉末，达到一级分级标准。试块采用标准70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试块。试样根据不同配合比共分为5组，这五组实验的相同点是相同条件，灰量、土量、水量都相同。不同点是五组中生石灰和粉煤灰的在灰量比例不一样。从A1到A5，生石灰量依次递减，粉煤灰量依次递增。详见表2。每组试块都采用标准养护7d、14d、28d后，本试验采用WEW-600C型微机液压万能试验机测其抗压强度和位移。

表1 土的物理性能指标

每组试样的抗压强度取值方式，以三组实验算术平均值作为该组试块的抗压强度值。（三个试块中的最大值和最小值中，如有一个与中间值的差异超过中间值的15%，则把最大及最小值一并舍去，取中间值作为该组试块的抗压强度值。如最大、最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试块的实验结果无效。）

表2 试样不同配合比

3 试验结果分析

3.1 不同龄期各组试样的抗压强度

表3 不同龄期各组试样的抗压强度

表3为不同龄期各组试样的立方体抗压强度，从表中数据可以看出：无论是什么样的配合比，试样都是随着龄期的增加抗压强度逐步增加的；同种龄期下，随着生石灰参量的减少，粉煤灰参量的增加，试样抗压强度是逐渐减小的，当只有粉煤灰而无生石灰时，抗压强度最小；随着生石灰粉掺量的加大，粘聚力值提高的幅度也大。在粉煤灰中加入10%～20%的生石灰料即可显著提高其抗压强度，增强填料（粉煤灰）的整体性及稳定性。这是因为：从理论上讲生石灰吸水后，CaO消化成Ca(OH)2，体积可增加1倍左右。因此生石灰加固土的成孔挤密和吸水膨胀机密作用是造成土体中特大孔隙和大孔隙减少的主要原因[4]。

3.2 不同龄期的荷载与位移

本文还进行了一组单参水泥和用粉煤灰和生石灰代替水泥的对比试验，在总掺入比一定的情况下，当粉煤灰取代水泥后，试样的抗压强度有所下降，而且随着粉煤灰的增加，抗压强度值下降越多。从图1对纯水泥掺入时的立方体试块应力应变曲线相比可知，在曲线达到峰值以前其与纯水泥土试块的形态相类似。但在通过峰值以后,由于粉煤灰的掺入使应力应变曲线的下降段变陡,这说明粉煤灰的掺入有使材料向脆性发展的趋势。

图1 单参水泥与双灰荷载位移曲线

图2 7天龄期荷载位移曲线

图3 14天龄期荷载位移曲线

图4 28天龄期荷载位移曲线

通过图2、图3，图4，分析不同龄期试样的荷载-位移曲线，可以得出以下结论：（1）密实度较高的双灰拌合物试件，其应力—应变曲线均有峰值。(2)龄期较短的双灰拌合物试件应力—应变曲线上，峰值强度所对应的轴向应变值较大，试件破坏后的残余强度与峰值强度较接近。(3)龄期较长的双灰拌合物试件，其峰值强度所对应的轴向应变较小，试件破坏后的残余强度与峰值强度相差较大

4 结语

通过对不同配合比的粉煤灰和生石灰试样的试验研究，可得出如下结论：（1）试块的抗压强度随着压板的位移而均匀的增加，直到达到峰值，试块破坏。（2）随着粉煤灰掺量的减少和生石灰掺量的增加，而其抗压强度也在减少。由此可以分析出，在适当比例下，减少粉煤灰的量，增加生石灰的量，粉煤灰和生石灰由于加固原理，使得试块强度可以增加。（3）当粉煤灰掺量为最大，而生石灰掺量为0时，强度有了较大的降低。（4）随着龄期的增长，抗压强度逐步增加。

[1]周丽萍，申向东等，外参剂对水泥土改性效果的试验研究[J].工业建筑，2009，39（7）：74-78

[2]范晓秋，洪宝宁，胡昕，等.水泥砂浆固化土物理力学特性试验研究[J].岩土工程学报，2008，30(4):605-610.

[3]张明，白晓红.粉煤灰在深层搅拌桩中的应用【J】。太原理工大学学报，2001，32（1），78-80

[4]王梅，白晓红等，生石灰与粉煤灰桩加固软土地基的微观分析【J】。 岩土力学，2001，22(3).