基于正交试验的水泥与电石灰固化淤泥土劈裂强度研究

2023-06-04李自力郭宛茹李锐铎

黑龙江科学 2023年8期

李自力,黄涛,郭宛茹,李锐铎

(1.河南中州路桥建设有限公司,河南周口 466000; 2.河南城建学院,河南平顶山 467036)

0 引言

天然河流湖泊及城市人工水系中的淤泥如果长期不进行疏浚,会阻碍航道、恶化水质及降低蓄水能力。大多数疏浚淤泥以堆场处理方式处置,但堆场处理占地面积大,需占用大量的土地资源,故合理利用淤泥是亟需解决的问题。疏浚淤泥的处理方法主要包括固化、脱水、烧结等。其中,脱水与烧结适用于高含水量及少量的淤泥处理,而固化是一种经济且能大量处理疏浚淤泥的方法[1-4]。

试验使用的淤泥取自河南省平顶山市城乡一体化示范区应河裸露河床处(如图1所示),取样深度为0.1～1 m,淤泥呈黑褐色,基本物理性质如表1所示。

表1 淤泥基本物理性质Tab.1 Basic physical properties of silt

图1 河床取样Fig.1 Bed sampling

电石灰是化工企业生产化工产品的副产品(如图2所示),各地的电石灰由于生产原料与生产工艺的不同而成分及含量不尽相同。电石灰与消石灰在性质上基本一致,均以Cao、MgO为主要成分,电石灰有较好的活性,对土地有较好的胶结性能,能够替代石灰作为淤泥的固化材料[5-9]。

水泥是一种水硬性无机凝胶材料,与淤泥之间发生水化反应可提高淤泥的物理强度及化学稳定性,是常用的固化淤泥的外掺剂,本试验使用的是32.5普通硅酸盐水泥。

1 正交试验设计

正交试验设计是针对多影响因素条件的一种设计方法,能够从全面分析中挑选出具有代表性的试验因素进行分析[10]。根据经验确定水泥、电石灰及泥的大概配比范围,确定水泥剂量分别为2%、5%、8%,电石灰剂量分别为4%、8%、12%,剩余为淤泥。对水泥、电石灰及淤泥3种材料进行正交试验设计,按照这9组配合比进行相应的击实试验,得到9组混合料的最佳含水率与最大干密度,如表2所示[11]。

表2 各种配比混合料最佳含水率与最大干密度试验结果Tab.2 Test results of optimum moisture content and maximum dry density of various mixtures

2 劈裂强度试验结果

按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)[12]规定的方法制备直径与高分别为50 mm的圆柱体试样并进行养护(如图3所示)。养护6 d,浸水1 d(如图4所示)后进行劈裂强度试验(如图5所示),结果如表3所示。

表3 固化淤泥土劈裂强度试验结果Tab.3 Test result of splitting strength of solidified silt soil

图3 试件养生Fig.3 Specimen health

图4 试件浸水Fig.4 Specimen flooding

图5 劈裂夹具及试验Fig.5 Splitting fixture and test

由表3可知,配比1、2、3与配比4、5、6的水泥掺量分别为2%和5%。随着电石灰掺量的增加,试件的劈裂强度逐渐减小,配比7、8、9的水泥掺量为8%。随着电石灰掺量的增加,试件的劈裂强度呈缓慢上升趋势,试件养护28 d时,配比1、2、3的水泥掺量为2%,随着电石灰掺量的增加,试件的劈裂强度逐渐减小。配比4、5、6和配比7、8、9的水泥掺量分别为5%和8%,随着电石灰掺量的增加,试件的劈裂强度呈先下降后上升的趋势。