水泥固化淤泥无侧限抗压强度试验研究

焦健（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

水泥固化淤泥无侧限抗压强度试验研究

焦健
（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

为研究初始含水率和水泥掺量对水泥固化淤泥无侧限抗压强度的影响，对龄期为28天，初始含水率为100%、150%和200%，水泥掺量为2%、3%、4%、5%和6%共15组水泥固化淤泥试样进行无侧限抗压强度试验。试验结果表明，随初始含水率增大，单位体积水化产物减少，难以形成整体强度，水泥固化淤泥无侧限抗压强度降低；随水泥掺量增大，水泥水化物胶结填充淤泥土颗粒作用越明显，水泥固化淤泥无侧限抗压强度增大。

固化淤泥；初始含水率；水泥掺量；无侧限抗压强度试验

0 引言

疏浚淤泥具有较高含水率，由于其力学性能较差难以直接利用，直接抛填不仅会形成软弱地基，而且占用大量土地[1]。因此，合理的处理疏浚淤泥的是一个重要的研究课题。

对废弃的淤泥进行处理，将其转化为有用资源是目前各国应用和研究的主流。在各种处理方法中，固化由于其施工效率高以及处理费用低等优点，在国内外淤泥处理中得到广泛的应用。目前许多专家学者针对粉煤灰[3]、石膏[4]、砂[5]、水泥[6-7]和化学成固化剂[8]等不同种类固化剂，对淤泥进行固化处理。其中，采用水泥对淤泥进行固化研究最多，效果也最好，故采用水泥作为这次试验的固化剂，水泥掺量是影响其固化效果的重要因素，水泥掺量越多，其固化效果越好，但造价越高，设计时合理的确定水泥掺量，不仅能满足工程要求而且能降低造价。因此研究不同水泥掺量条件下水泥固化淤泥进行无侧限抗压强度具有一定的意义。

由于疏浚淤泥含水率较高，吹填后淤泥水分逐渐蒸发，含水率逐渐降低，合理的确定进行固化时的初始含水率，能有效的提高处理的经济性并缩短堆场的还原周期。针对初始含水率对水泥固化淤泥的影响已有研究，但其研究对象多集中于含水率低于液限的软土，如李俊才等[9]对天然含水率为40%和60%的两种上海软土加固进行对比，分析了含水率对加固效果的影响。

在28 d的养护龄期下，初始含水率为100%、150%和200%，水泥掺量为2%、3%、4%、5%和6%的共12组水泥固化淤泥进行无侧限抗压强度试验，探讨了水泥掺量和初始含水率对其强度特性的影响。

1 试验材料与程序

1.1 试验材料

试验所用淤泥取某淤泥吹填场，淤泥比重为2.66，天然含水率为371%，密度为1.14 g/cm3，液限为87%，塑限为24%，根据土工试验规程可分类定名为高液限黏土CH。水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5，细度（80 μm）6.8%，初凝时间320 min。

1.2 试验程序

鉴于吹淤结束时，淤泥含水率大于200%并逐渐降低的特点，采用初始含水率为100%、150%和200%淤泥中掺入2%、3%、4%、5%和6%的水泥，试样用砂浆搅拌机拌合均匀后，注入模具内，模具尺寸为Φ50 mm×100 mm，捣实后覆盖，48 h后脱模，脱模后在标准养护条件下养护28 d。试样养护达到规定龄期后，采用应变式无侧限压缩仪进行无侧限抗压强度试验，剪切速率1.12 mm/min。

2 试验结果与分析

2.1 水泥掺量的影响

为研究水泥掺量对水泥固化淤泥强度特性的影响，对水泥掺量为2%、3%、4%、5%和6%的水泥固化淤泥进行无侧限抗压强度试验。图1为无侧限抗压强度与水泥掺量关系曲线，图2为不同水泥掺量下水泥固化淤泥试样破坏应变值。由图2可知，在不同初始含水条件下，随水泥掺量增大，水泥固化淤泥试样无限抗压强度均增大，且当水泥掺量超过5%时，无侧限抗压强度增大明显，这主要是由于，水泥掺量较少时，抵抗破坏的水泥骨架难以形成。水泥掺量从2%增大到6%，水泥固化淤泥无侧限抗压强度介于450 kPa到750 kPa之间，且随水泥掺量增大，水泥固化淤泥无侧限抗压强度越大。由图2可知，在不同初始含水条件下，随水泥掺量增大，水泥固化淤泥试样破坏应变值减小，水泥掺量为6%时，初始含水率对水泥固化淤泥试样的破坏应变值影响不大。这是由于，水泥掺量增大在增大固化淤泥土强度的同时也增大了其脆性。水泥掺量从2%增大到6%，水泥固化淤泥试样破坏应变值介于3.2%到7.3%之间。

图1 无侧限抗压强度-水泥掺量关系曲线

图2 破坏应变-水泥掺量关系曲线

2.2 初始含水率的影响

为研究初始含水率对水泥固化淤泥强度特性的影响，对初始含水率为100%、150%和200%的水泥固化淤泥进行无侧限抗压强度试验。图3为不同水泥掺量条件下水泥固化淤泥无侧限抗压强度与初始含水率关系曲线，图4为不同水泥掺量条件下水泥固化淤泥试样破坏应变值与初始含水率关系曲线。

由图3可知，随初始含水率增大，水泥加固淤泥土试样无侧限抗压强度值逐渐减小，且水泥量掺量越高时，其无侧限抗压强度值随初始含水率增加的下降越明显。加固淤泥时，水泥的作用可分为三部分。其一为物理作用，其二为化学作用，其三为水泥水化物作用[10]。当淤泥含水率较高时，通过第一和第二种作用并不能明显降低淤泥的含水率，其水化反应仍在一个较高的含水率条件下进行，含水率越高，对水泥的稀释作用越强，水泥形成的骨架强度越弱，水泥黏结淤泥颗粒的能力越弱，表现为含水率越高，水泥固化淤泥强度越低。

由图3可知，随初始含水率增大，水泥固化淤泥土试样的破坏变形逐渐增大。这主要是由于，初始含水率较大时，水泥与淤泥共同形成的固化体孔隙越多，固化体更易被压缩产生塑性变形，从而表现为含水率越大，水泥固化淤泥土破坏变形越大。

图3 无侧限抗压强度-初始含水率关系曲线

图4 破坏应变-初始含水率关系曲线

3 结论

在28 d龄期下，对始含水率为100%、150%和200%，水泥掺量为2%、3%、4%、5%和6%共15组水泥固化淤泥试样进行无侧限抗压强度试验，研究了初始含水率和水泥掺量对水泥固化淤泥无侧限抗压强度和破坏应变的影响，主要结论如下：

1）随水泥掺量增大，不同初始含水率下水泥固化淤泥无侧限抗压强度均逐渐增大，且当水泥掺量大于5%时，无侧限抗压强度增大显著。

2）随水泥掺量增大，水泥固化淤泥破坏应变逐渐减小，当水泥掺量为6%，不同初始含水率下破坏应变相差不大。

3）随初始含水率增大，水泥固化淤泥无侧限抗压强度逐渐减小而破坏应变逐渐增大。

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2016-07-01