建筑余泥渣土抗压强度及影响因素研究

余 靖，张记峰，孙佳俊，吴 桐，陆 毅

（1、深圳市龙岗区建筑废弃物监管中心 深圳 518100；2、广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500；3、广州大学 广州 510006）

0 引言

随着我国城镇化的推进，为经济持续发展带来重要贡献的同时，也面临着压力。每年建筑余泥渣土数量高达数亿立方米，这些渣土大部分没有被充分利用，而是被当作废弃物排放处理，对环境造成二次污染［1］。建筑垃圾也被称为“被放错地方的资源”，其中绝大部分是对环境没有污染和危害的无机物，以渣土、砖瓦碎块、混凝土块为主，物理化学性质较为稳定，只要对其进行正确的回收再利用，它们依然是一种实用性较高的建筑用料，可创造可观的经济效益［2］。致力于渣土资源化，坚持开发利用新型的绿色材料［3］，利于构建绿色经济体系［4］。

通过渣土固化/稳定化技术的应用，是实现渣土资源化的重要途经。在研究固化土的性能，尤其是力学性能时，土的性质对土的力学性能和本构关系有很大的影响，固化对象各不相同导致土壤的物理指标之间相差较大，渣土的液塑限、含水率、颗粒级配等基本特性对固化土强度与耐久性产生影响［5］。李磊等人［6］通过对水泥和膨润土固化的渣土进行干湿循环试验，结果表明，增加水泥掺入量能够提高固化土的耐久性，显著降低其质量、体积和强度的损失。徐杨等人［7］进一步研究发现，在添加水泥的基础上加入石灰和石膏的添加剂，能够再次提高水泥固化土的干湿耐久性。

在渣土固化处理过程中，固化剂掺量对软化系数的影响较大，水泥掺量和含砂率对其影响较小［8］。研究粘土-水泥混合物的岩土特性可知，根据压缩指数和预固结压力，评估粘土-水泥混合物的指数特性和压缩特性，对比不同混合材料的无侧限抗压强度特性。结果表明处理后的土壤容重随水泥含量的增加而增加。土壤固体比重随水泥含量的增加先增大后减小；土壤的液限、压缩指数、预固结压力和抗压强度随水泥含量的增加而增加，且初始含水量较低的渣土具有较高的预固结压力和强度［9］。

本研究以黄土、黑土、红土为研究对象，分析了在不同的固化剂含量、含水量以及养护龄期对固化渣土抗压强度的影响，通过科学的技术处理，提升固化渣土的使用性能，为渣土资源化利用研究贡献力量。

1 试验

用渣土制备再生绿色材料能够高效、经济、环保的二次利用资源，符合国家建设节约资源、环境友好型社会的战略方针。但是现有对渣土制备可控低强度材料具体使用场景的研究仍比较少，而不同类型渣土的土壤特性对可控低强度材料的各项性能指标影响较大。为建立完善的对应关系，为开展大规模的余泥渣土再利用提供参考，拓宽余泥渣土制备可控低强度材料的使用范围，进一步提高废弃资源的回收效率，项目组通过室内实验研究了固化剂含量等因素对建筑余泥渣土强度的影响。

1.1 试验材料

为了分析渣土无侧限抗压强度的影响因素，分别采用了黄土、黑土和红土3种土样，如图1所示。红土的液限（WL）为32%，黄土和黑土的液限为35%，试件的含水率分别为0.8WL、WL和1.2WL。试件采用的固化剂为水泥，固化剂的含量分别为10%、15%、20%。

图1 标准试件试验Fig.1 Standard Specimen Test

1.2 试验方案

试验依据《土工试验规程-无侧限抗压强度试验：SL 237-020—1999》［10］进行。首先，分别选取3种土样将其碾碎、过筛并除去杂质；然后根据试验参数将各材料混合搅拌均匀，采用静压成型方法制备100 mm×300 mm 圆柱体标准试件；最后待试件脱模后将其置于标准养护箱（温度为20±2 ℃、相对湿度≥95%）中养护7 d、14 d 和28 d，并在相应养护龄期下取出测定其无侧限抗压强度。

2 渣土无侧限抗压强度影响因素分析

土的无侧限抗压强度是评估渣土固化的一项重要指标，在诸多影响土的抗压强度影响因素中，本研究探究了渣土种类、固化剂含量、养护龄期、水灰比等对土的无侧限抗压强度的影响，每组试验进行了3 次重复试验并取其均值，试验结果如图2所示。

图2 各因素下试件无侧限抗压强度Fig.2 Unconfined Compressive Strength of Specimens Under Various Factors

2.1 土种类对强度的影响

渣土种类是稳定土强度的重要影响因素，根据图2 试验结果，不同种类土对其无侧限抗压强度值影响较大，这与土的自身物理状态指标有关，如土的液限、塑限以及密实度等重要物理指标。

2.2 养护龄期对强度的影响

在试件养护过程中，不同养护龄期下固化土的无侧限抗压强度变化过程，如图3 所示。固化后养护时间一定时，固化土的无侧限抗压强度随养护时间增加而增加，随着养护时间延长，试件抗压强度差距逐渐缩小。

图3 不同养护龄期条件下无侧限抗压强度Fig.3 Unconfined Compressive Strength under Different Curing Age Conditions

2.3 固化剂含量对强度的影响

渣土固化过程中，抗压强度为重要评价指标，水泥作为一种常见的固化剂，已广泛应用于建筑余泥渣土固化剂材料。不同固化剂含量试件的试验结果如图4 所示。试件的无侧限抗压强度随土的固化剂含量增大而增大。

图4 不同固化剂含量条件下无侧限抗压强度Fig.4 Unconfined Compressive Strength under Different Curing Agent Content Conditions

3 结论与展望

建筑余泥渣土作为一种建筑废料，经固化可实现建筑垃圾资源化再利用。通过室内无侧向抗压强度实验，本文研究了不同种类图、固化剂含量、水灰比等因素对固化土强度的影响，得到的主要结论如下：

⑴ 不同种类土对其无侧限抗压强度值影响较大，这与土的自身物理状态指标有关。

⑵固化土的无侧限抗压强度随养护时间增加而呈对数型增加。

⑶试件的无侧限抗压强度随土的固化剂含量增大而增大，且随试件水灰比增大而减小。

目前，国内对于建筑余泥渣土的利用水平仍旧较低，如何真正有效地处理和利用建筑余泥，是未来需要解决的重点难题。

2.4 水灰比对强度的影响

水灰比是影响试件无侧限抗压强度的因素之一，在不同的养护龄期条件下，试件无侧限抗压强度随水灰比的变化，根据其变化趋势进行拟合，结果如图5所示。试件的无侧限抗压强度随土的水灰比增大而减小。

图5 不同水灰比条件下无侧限抗压强度Fig.5 Unconfined Compressive Strength under Different Water Cement Ratios