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        不同固化劑改良淤泥土的試驗研究

        2020-08-03 06:54:33夏艷波任睆遐何振華鄧新宇張藝馨
        價值工程 2020年21期
        關(guān)鍵詞:固化劑

        夏艷波 任睆遐 何振華 鄧新宇 張藝馨

        摘要:為了探究不同土壤固化劑對淤泥土的改良效果,開展了一系列室內(nèi)土工試驗,探究多種固化劑改良淤泥土的液塑限以及無側(cè)限抗壓強度。研究結(jié)果表明:水泥、石灰、細(xì)砂土以及生物酶均可降低淤泥質(zhì)土的含水率、液限及塑性指數(shù),并都使固化淤泥質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強度增加;通過比較分析發(fā)現(xiàn),細(xì)砂土改良淤泥質(zhì)土的含水率下降最明顯;水泥與生物酶固化淤泥質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強度最明顯,增幅分別是687.1%和903.9%,而石灰與細(xì)砂土的固化效果不顯著,無側(cè)限抗壓強度增幅只有272.7%和309.5%。

        Abstract: In order to explore the effect of different soil hardeners on the improvement of silt, a series of laboratory geotechnical tests were carried out to explore the liquid plastic limit and unconfined compressive strength of various soil hardeners. The results show that: cement, lime, fine sand and biological enzyme can reduce the water content, liquid limit and plasticity index of silt soil, and increase the unconfined compressive strength of solidified silt soil; through comparative analysis, it is found that the water content of improved silt soil with fine sand decreases most obviously; the unconfined compressive strength of cement and biological enzyme solidified silt soil increases most obviously, it is 687.1% and 903.9% respectively, but the curing effect of lime and fine sand is not significant, and the increase of unconfined compressive strength is only 272.7% and 309.5%.

        關(guān)鍵詞: 固化劑;淤泥質(zhì)土;無側(cè)限抗壓強度

        Key words: curing agent;muddy soil;unconfined compressive strength

        中圖分類號:TU43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1006-4311(2020)21-0217-02

        0? 引言

        我國幅員遼闊,土地資源種類繁多,但是在工程建設(shè)中遇到的不良土質(zhì)也比較多。隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,基礎(chǔ)工程建設(shè)速度提高,在海濱、湖泊、中小型河流處的工程建設(shè)中所產(chǎn)生的淤泥質(zhì)廢棄軟土的處理問題也越來越值得我們重視。在工程實際中,往往會產(chǎn)生大量的廢棄淤泥質(zhì)土。因為淤泥質(zhì)土一般具有含水率較大、有機(jī)質(zhì)含量高、強度低等特點,難以直接應(yīng)用在工程中。如果不能加以利用,則會造成一定的環(huán)境污染以及資源浪費。倘若能對其進(jìn)行改良固化,用作路基材料,可以使淤泥成為一種再生資源[1-2],實現(xiàn)生態(tài)友好型工程。對于淤泥土已經(jīng)有一些學(xué)者開展了許多研究,如徐楊等[3]采用水泥、石灰無機(jī)固化材料對淤泥進(jìn)行改良,通過無側(cè)限抗壓強度試驗發(fā)現(xiàn)固化土的無側(cè)限抗壓強度均隨著水泥或石灰的摻量增加而增加,且水泥摻量為 10-20% 范圍比 5-10% 范圍固化土強度增長速率大,但是造價會增加,石灰摻量以9%為最佳摻量。張鐵軍[4]研究了廢棄淤泥填料化的改良方法,研究結(jié)果表明:改良淤泥土的物理特性和無側(cè)限抗壓強度會隨者改良劑的摻量以及養(yǎng)護(hù)齡期的增加而變化,淤泥改良土在28d條件下可以得到較快的提高。桂躍等[5]研究了摻不同比例生石灰的2種不同初始含水率疏浚淤泥土,經(jīng)過不同時長的悶料期,其擊實試樣的無側(cè)限抗壓強度變化規(guī)律。張麗華等[6]探討了石灰-粉煤灰改良淤泥土的含水率、液塑限和無側(cè)限抗壓強度的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明:粉煤灰和石灰混合摻入淤泥土可以降低其含水率,改良土的強度顯著提高。由于傳統(tǒng)固化劑存在生產(chǎn)過程中需要消耗大量的資源、生產(chǎn)過程排放污染氣體等環(huán)境問題,且石灰、粉煤灰等在處治土壤中容易產(chǎn)生體積收縮,一些新型的土壤固化劑開始受廣大學(xué)者青睞。生物酶(TerraZyme)是一種無毒、無污染蛋白質(zhì)多酶基產(chǎn)品,可以填充土顆粒之間的無效空間,減小土顆粒間的間距,提高土體的密實度和承載力。董輝等[7]研究了生物酶固化劑加固淤泥質(zhì)土的物性指標(biāo)隨時間變化的規(guī)律,通過三軸剪切試驗及光學(xué)顯微與電鏡掃描發(fā)現(xiàn)泰然酶可以提高淤泥質(zhì)土的內(nèi)摩擦角,E3酶可以增加原土體的粘聚力,從而提高原土體的抗剪強度。何振華[8]等研究了不同摻量的生物酶對淤泥土的改良效果,試驗結(jié)果表明:生物酶最優(yōu)摻量為6%,此時改良土體的強度最高,改良效果最好。綜上所述,為了探究不同固化劑對淤泥土的改良效果,本文選用水泥、石灰、砂、生物酶等材料來改良淤泥土,通過一系列土工試驗,探究它們對淤泥土的固化效果,為工程建設(shè)提供一定的參考價值。

        1? 試驗研究

        1.1 試驗材料

        淤泥質(zhì)土試樣取自長沙市內(nèi)岳麓區(qū)梅溪湖處的湖泊底部,由于道路拓寬建設(shè)以及城市規(guī)劃需要,對這一地區(qū)的部分水塘、湖泊進(jìn)行清淤處理,所取的土樣呈棕褐色,帶有刺激性氣味,天然含水率達(dá)60-80%。根據(jù)土工試驗標(biāo)準(zhǔn)方法[9],測得淤泥土的基本物理指標(biāo),結(jié)果如表1所示。

        1.2 多種固化劑

        淤泥固化劑采用的水泥是湖南省南方水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥,標(biāo)號P.O.425;采用的石灰是由湖南省某建材廠生產(chǎn)的生石灰;試驗用的砂采用的是細(xì)砂土,含水率為4%;試驗采用的生物酶是來自泰然路通科技有限公司的泰然酶(TerraZyme),顏色呈棕褐色,粘稠狀,無毒且無腐蝕性,而且沒有污染,易溶于水,是一種新型環(huán)保的非傳統(tǒng)型固化劑。

        1.3 試驗方案

        將取回的淤泥質(zhì)土先取部分測定其天然含水率,稱取一定量的素土,然后將土樣風(fēng)干、碾碎,并過0.5mm的土工篩,將土里的草根、雜物清理掉,再對其進(jìn)行界限含水率試驗,得到素土的基本物理力學(xué)指標(biāo)。然后根據(jù)文獻(xiàn),取水泥摻量為土樣質(zhì)量的5%,石灰與淤泥質(zhì)土的質(zhì)量比為1:20,細(xì)砂土的摻量與淤泥質(zhì)土的質(zhì)量比為1:1,生物酶摻量為淤泥質(zhì)土質(zhì)量的6%,取四份土樣,分別與四種固化劑均勻拌合,每一份土樣取部分土測量改良后的含水率,其余土樣風(fēng)干后再按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制樣與試驗。取室內(nèi)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)14d的土樣,分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗,探究固化淤泥質(zhì)土的強度增長規(guī)律。

        1.4 試驗結(jié)果與分析

        通過基本室內(nèi)土工試驗,測得摻不同固化劑改良淤泥質(zhì)土的基本物理力學(xué)性能指標(biāo),見表2。

        試驗結(jié)果表明,摻5%的水泥改良淤泥質(zhì)土后,對土樣的天然含水率、 最大干密度、最優(yōu)含水率影響不大,但是液限降低了8.95%,塑性指數(shù)降低了13.6% 。水泥固化淤泥質(zhì)土是由于水泥中的熟料與淤泥質(zhì)土中的水分發(fā)生了一系列水化反應(yīng),產(chǎn)生了水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣與氫氧化鈣等凝膠,可以包裹土粒形成水泥石土塊,從而提高淤泥質(zhì)土的強度。摻石灰固化的淤泥質(zhì)土,其天然含水率降低明顯,下降了8.29%,液限下降了18.99%,塑性指數(shù)降低了17.37%。這是由于生石灰能與淤泥質(zhì)土中的水分反應(yīng),生成氫氧化鈣(Ca(OH)2),可以消耗掉一部分水;并且該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng),也能蒸發(fā)掉部分水分。摻細(xì)砂土的淤泥質(zhì)土,固化后含水率顯著降低,減少了46.19%,液限下降了56.3%,塑性指數(shù)降低了63%,最大干密度為原始土樣的1.12倍。細(xì)砂土對淤泥質(zhì)土的固化沒有化學(xué)作用,主要是由于細(xì)砂土自身較好的材料性能來改善淤泥質(zhì)土較差的物理性能;同時這也是一種互補,由于砂表面光滑,無黏聚性,在無側(cè)限狀態(tài)下易松散,但是淤泥土具有一定的黏性,兩者拌合在一起,能夠起到強化作用。生物酶改良淤泥質(zhì)土,含水率下降了19.1%,液限下降顯著,降幅達(dá)到38.42%,塑性指數(shù)下降了30.52%,最優(yōu)含水率下降了6%。生物酶改良土是通過它的化學(xué)作用產(chǎn)生反應(yīng)酶,這種酶可以通過離子置換作用被粘土吸附,從而使土粒吸附水的能力減弱,親水性降低,且土粒吸水膨脹的傾向得到削弱,可以形成防水土層,對水產(chǎn)生屏蔽作用。

        測得改良淤泥質(zhì)土的基本物理力學(xué)性質(zhì)后,通過無側(cè)限抗壓強度試驗,得到養(yǎng)護(hù)14d的不同固化淤泥質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強度(UCS),其中編號A為水泥固化土樣,編號B為石灰固化土樣,編號C為細(xì)砂土固化土樣,編號D為生物酶固化土樣,E為原始淤泥質(zhì)土樣。結(jié)果見表3。

        試驗結(jié)果表明:養(yǎng)護(hù)14d后,水泥摻量為5%時的固化淤泥質(zhì)土,其無側(cè)限抗壓強度達(dá)到280.2kPa,是原土樣的687.1%;石灰改良淤泥質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強度為原淤泥質(zhì)土的272.7%,相比水泥的固化效果較差;細(xì)砂土固化淤泥質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強度為145.8kPa,增幅達(dá)到309.5%;生物酶改良淤泥質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強度最高,為357.4kPa,相比未改良土樣,強度增長了903.9%,故可以看出生物酶固化效果最明顯。以上四種固化劑都對淤泥質(zhì)土有一定的改良效果,其中水泥和生物酶對淤泥質(zhì)土的改良效果最好。但是水泥的生產(chǎn)以及使用,對環(huán)境會造成一定的污染,當(dāng)改良土樣較多時,成本相對來說比較高;而生物酶的來源是植物,首先對環(huán)境無污染,并且在一定程度上,改良效果顯著,經(jīng)濟(jì)成本較低,是合適的新型土壤固化劑。石灰和細(xì)砂土作為單一固化劑時,雖然有一定的效果,但是其改良后的無側(cè)限抗壓強度還達(dá)不到工程實際的要求。

        2? 結(jié)論

        ①水泥、石灰、細(xì)砂土以及生物酶對淤泥質(zhì)土都有固化效果,其中細(xì)砂土改良淤泥質(zhì)土能明顯降低淤泥質(zhì)土的含水率,降幅可達(dá)到46.19%,塑性指數(shù)降低了63%;生物酶改良淤泥質(zhì)土的液限和塑性指數(shù)的降幅分別是38.42%和30.52%。②養(yǎng)護(hù)14d后,得到不同改良淤泥質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強度,其中生物酶的固化效果最好,無側(cè)限抗壓強度是原土樣的903.9%;水泥改良的效果稍低于生物酶,強度增幅是687.1%,石灰和細(xì)砂土的改良強度分別是原土樣的272.7%和309.5%。

        本文只探討了養(yǎng)護(hù)14d的土樣的無側(cè)限抗壓強度增長規(guī)律,還可以進(jìn)一步研究養(yǎng)護(hù)時間與不同固化劑對淤泥質(zhì)土改良效果。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]徐楊,閻長虹,許寶田,邵勇,阮曉紅.城市河道淤泥特性及改良試驗初探[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2013,40(01):110-114.

        [4]張鐵軍,楊家安,吉鋒.廢棄淤泥改良后作為路基填料的試驗研究[J].北方交通,2013(06):16-19.

        [5]桂躍,高玉峰,李振山,宋文智,蔡超.高含水率疏浚淤泥材料化土擊實時機(jī)選擇研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2010,6(05):1072-1076.

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        [8]何振華,夏艷波,任睆遐.生物酶改良淤泥土基本工程特性試驗研究[J].河南城建學(xué)院學(xué)報,2020,29(01):40-43.

        [9]交通部公路科學(xué)研究院.JTG E40-2007,公路土工試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2007.

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