侯毓山 王講正

摘 要：選取典型的河道淤泥作為研究對(duì)象，以不同配比的水泥和生石灰作為固化劑，對(duì)固化淤泥土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)和間接抗拉試驗(yàn)，通過統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（Statistical Product and Service Solutions，SPSS）正交設(shè)計(jì)分析軟件來探究固化劑配比變化對(duì)淤泥強(qiáng)度性能的影響。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，含8%（全文均指質(zhì)量比）水泥和12%生石灰的固化淤泥土的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的代表值為0.9 MPa;在水泥含量保持不變的條件下，隨著石灰含量的增加，28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度沒有明顯增加?？梢姡袒倌嗤恋臒o(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度受水泥含量影響最大，即水泥含量越大，固化淤泥土的7 d和28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度越大。

關(guān)鍵詞：水泥;石灰;淤泥;無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度;正交試驗(yàn);統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（SPSS）軟件

中圖分類號(hào)：TU447文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）17-0077-03

Study on Unconfined Compressive Strength of Solidified Silt by

Composite Solidified Materials

HOU Yushan WANG Jiangzheng

（Xinjiang Beixin Road and Bridge Group Co.， Ltd.， Urumq Xinjiang 830002）

Abstract： Typical river silt was selected， and different amounts of cement and quicklime were used as curing agents to conduct compaction test and unconfined compressive strength test on the solidified silt. The influence of its changes on the strength and performance of silt was investigated by SPSS orthogonal design analysis software. The results showed that the representative value of unconfined compressive strength of the solidified soil with 8% cement dose and 12% lime dose was 0.9MPa in 7 days. Moreover， with the same cement dose， the increase of lateral compressive strength in 28 days was not obvious with the increase of lime dose. Cement has the greatest influence on the non-lateral compressive strength of the cured soil， that is， the higher the cement content， the stronger the strength of the cured soil in 7 days and 28 days.

Keywords： cement;lime;sludge;unconfined compressive strength;orthogonal test;Statistical Product and Service Solutions（SPSS） software

我國(guó)航道、港口的工程建設(shè)和內(nèi)陸河湖清理等工作都會(huì)產(chǎn)生大量的淤泥。但是，我國(guó)淤泥大多采用絞吸式的疏浚方式。疏浚淤泥通常存在含水率較高、黏粒含量較高、強(qiáng)度較低以及滲透性較差等缺點(diǎn)[1]，很難應(yīng)用于實(shí)際工程，往往只能進(jìn)行堆場(chǎng)儲(chǔ)淤或外海拋淤等處理。這樣的處理方式一方面增加了工程成本，占用了大量的土地;另一方面，由于淤泥中含有一定的污染物，還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染。因此，如何處理疏浚淤泥，合理實(shí)現(xiàn)疏浚淤泥的經(jīng)濟(jì)化利用，成為國(guó)內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)[2-4]。目前，國(guó)內(nèi)外很多研究在處理疏浚淤泥時(shí)主要采用化學(xué)處理法、物理處理法以及熱處理法3類方法?；瘜W(xué)處理法是向淤泥中添加固化材料，通過混合攪拌后改變淤泥的物理結(jié)構(gòu)及物理特性，使其成為良好的工程用土，能夠運(yùn)用于實(shí)際工程。該工藝操作簡(jiǎn)單，成本也不高[5-10]。因此，本文選取典型的河道淤泥作為研究對(duì)象，以不同配比的水泥和生石灰作為固化劑，對(duì)固化淤泥土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)、間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，并通過統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（Statistical Product and Service Solutions，SPSS）正交設(shè)計(jì)分析軟件來探究固化劑配比變化對(duì)淤泥強(qiáng)度性能的影響。

1 配合比設(shè)計(jì)及擊實(shí)試驗(yàn)

本文采用化學(xué)處理法對(duì)典型的河道淤泥進(jìn)行固化，固化用到的原料為水泥和生石灰。每一種固化劑對(duì)淤泥的強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。研究表明，使用生石灰與水泥作為固化劑時(shí)，生石灰含量超過一定比例后，固化淤泥土的抗壓強(qiáng)度不僅不再增加，而且會(huì)呈下降趨勢(shì)，即生石灰的摻入量并不是越高越好。結(jié)合具體情況，參照已有的試驗(yàn)結(jié)果[6]，試驗(yàn)水泥含量分別取2%、5%和8%，生石灰含量分別取4%、8%和12%，混入淤泥，形成成分比例不同的固化淤泥土。利用SPSS軟件對(duì)水泥、生石灰和淤泥這3種材料進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，再利用重型擊實(shí)方法對(duì)上述材料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)[11]，計(jì)算得到固化淤泥土的最大干密度和最佳含水率，如表1所示。

2 試件制備及養(yǎng)生

按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）[12]的規(guī)定要求制備試件。試件均為直徑×高（50 mm×50 mm）的圓柱形無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，并進(jìn)行恒溫恒濕養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度控制在20 ℃±2 ℃，濕度控制在95%以上。

3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果及分析

間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)也就是劈裂試驗(yàn)[12]，試驗(yàn)過程同無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)過程相同，只是需要采用特殊的專用夾具來完成。夾具壓條的弧面半徑為25 mm，寬為6.35 mm。試驗(yàn)夾具及試件實(shí)際情況如圖1所示。

4 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果及分析

4.1 劈裂強(qiáng)度計(jì)算

劈裂強(qiáng)度按式（1）計(jì)算：

式中：[Ri]為固化淤泥土試樣的劈裂強(qiáng)度，MPa;[P]為固化淤泥土試樣破壞時(shí)的最大壓力，N;[a]為壓條的寬度，mm;[h]為固化淤泥土試樣的高度，mm;[α]為半壓條寬對(duì)應(yīng)的圓心角，°;[d]為固化淤泥土試樣的直徑，mm。

經(jīng)計(jì)算，得到不同配合比固化淤泥土試樣的7 d、28 d劈裂強(qiáng)度，如表2所示。由表2可知，使用水泥和石灰進(jìn)行固化能夠增強(qiáng)淤泥土的劈裂強(qiáng)度;水泥含量為8%和生石灰含量為8%的固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強(qiáng)度（0.10 MPa和0.12 MPa）分別是水泥含量為2%和生石灰含量為4%的劈裂強(qiáng)度（0.04 MPa和0.07 MPa）的2.50倍和1.71倍;當(dāng)生石灰含量保持不變時(shí)，隨著水泥含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強(qiáng)度逐漸加大;當(dāng)水泥含量保持不變時(shí)，隨著生石灰含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強(qiáng)度變化幅度不大，且無(wú)明顯規(guī)律。

4.2 劈裂強(qiáng)度正交分析

使用SPSS正交設(shè)計(jì)分析軟件，采用方差分析的方法，研究水泥和生石灰的不同含量對(duì)固化淤泥土7 d、28 d劈裂強(qiáng)度的影響程度，得出其主體間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果，如表3和表4所示。

由表3可知，水泥含量的顯著性檢驗(yàn)值為3.0×10-3，小于5.0×10-3，說明水泥含量對(duì)7 d劈裂強(qiáng)度有明顯影響;而生石灰含量的顯著性檢驗(yàn)值為8.7×10-1，大于5.0×10-3，說明生石灰對(duì)7 d劈裂強(qiáng)度影響不大。

由表4可知，水泥含量的顯著性檢驗(yàn)值為4.0×10-3，小于5.0×10-3，說明水泥摻量對(duì)28 d劈裂強(qiáng)度有明顯影響;而生石灰摻量的顯著性檢驗(yàn)值為8.7×10-1，大于5.0×10-3，說明生石灰對(duì)28 d劈裂強(qiáng)度影響不大。

為了分析水泥含量分別取2%、5%和8%時(shí)的差異關(guān)系，分別對(duì)其進(jìn)行7 d、28 d多重比較分析，如表5和表6所示。

由表5可以看出，2%與8%水泥含量之間、2%與5%水泥含量之間和5%與8%水泥含量之間的顯著性檢驗(yàn)值分別為1.0×10-3、2.1×10-2和1.0×10-2，都小于5.0×10-3，說明其差異非常顯著，而2%與8%水泥之間的差異最顯著。

由表6可以看出，2%的水泥含量與5%的水泥含量的顯著性值為5.0×10-3，說明2%與5%水泥摻量之間差異有一定影響;2%與8%水泥含量之間和5%與8%水泥含量之間的顯著性值分別為2.0×10-3和1.0×10-2，均小于5.0×10-3，說明其差異非常顯著，其中2%與8%水泥的影響最顯著。

5 結(jié)論

通過擊實(shí)試驗(yàn)得出的復(fù)合固化劑固化淤泥土的最大干密度和最佳含水率來制備劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)的試件并進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，運(yùn)用SPSS正交設(shè)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定影響其劈裂強(qiáng)度的影響因素，得出以下結(jié)論。使用水泥和石灰作為固化劑能夠增強(qiáng)淤泥的劈裂強(qiáng)度，水泥含量為8%和生石灰含量為8%的固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強(qiáng)度分別是水泥含量為2%和生石灰含量為4%的劈裂強(qiáng)度的2.50倍和1.71倍;當(dāng)生石灰含量不變時(shí)，隨著水泥含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強(qiáng)度逐漸增大;當(dāng)水泥含量不變時(shí)，隨著生石灰劑量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強(qiáng)度變化幅度不大，且無(wú)明顯規(guī)律;通過對(duì)3種不同水泥含量（2%、5%和8%）的固化淤泥土試件進(jìn)行對(duì)比分析，2%與8%水泥含量對(duì)其7 d和28 d劈裂強(qiáng)度影響差異最顯著。

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