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        地聚合物改良淤泥質(zhì)土試驗(yàn)研究

        2022-08-31 02:30:14李凌志
        四川建材 2022年8期
        關(guān)鍵詞:側(cè)限石粉固化劑

        李凌志

        (溫州市高速公路投資有限公司,浙江 溫州 325000)

        0 前 言

        在公路建設(shè)中,路基填料的要求是極為嚴(yán)格的。而對(duì)于不同的公路等級(jí),抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)有所不同,需要選用優(yōu)質(zhì)的路基填料。作為傳統(tǒng)路基填料的宕渣,由于政府加強(qiáng)了開(kāi)山采石的限制,因此可供開(kāi)采的宕渣量越來(lái)越小,料源日益緊缺。如今使用水泥、石灰等材料對(duì)淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行加固處理,可以有效地提高土體強(qiáng)度并投入實(shí)際工程中使用,但是作為主要固化材料的硅酸鹽水泥,其在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的溫室氣體,對(duì)環(huán)境影響較大。地聚合物固化劑具有強(qiáng)度高的同時(shí),在制造過(guò)程中能耗和三廢排放量都較低,是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保材料,完全符合當(dāng)下“雙碳”政策[1-2]。同時(shí)地聚合物固化對(duì)象是工程建設(shè)每年產(chǎn)生的廢棄土,為廢棄土的資源化再生利用提供條件,在降低環(huán)境污染的同時(shí)解決了優(yōu)質(zhì)路基填料需求不足的問(wèn)題[3]。

        1 試驗(yàn)研究

        1.1 原狀土基本物理性質(zhì)

        本工程廢棄土為溫州某地鉆渣,土體成分復(fù)雜,對(duì)本項(xiàng)目鉆渣進(jìn)行了分批采樣,共采集5組原狀土,對(duì)其開(kāi)展基本物理特性試驗(yàn),其物理指標(biāo)如表1所示。

        表1 原狀土基本物理性質(zhì)

        由表1可知,其液限小于50%,塑性指數(shù)<26??蓪?duì)其進(jìn)行填料化改良,用于路堤填筑。

        1.2 試驗(yàn)方案

        因待利用的廢棄土天然含水量遠(yuǎn)高于最優(yōu)含水量,需要先降水再添加固化材料。同時(shí),由于天然條件下晾曬降水難度大,因此擬通過(guò)二次加灰的工藝實(shí)現(xiàn)廢棄土填料化改良:①一次摻灰,通過(guò)添加減水材料,實(shí)現(xiàn)高含水率廢棄土的減水,同時(shí)實(shí)現(xiàn)淤泥的“砂化”,增加減水速率;②二次摻灰,待含水率降至可機(jī)械拌合狀態(tài)后,添加固化劑,增加填料改良土的強(qiáng)度及水穩(wěn)定性[4]。

        基于上述工藝思路,開(kāi)展配合比的試驗(yàn),其試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

        圖1 配合比設(shè)計(jì)思路圖

        2 石灰降水與固化劑配比研究

        2.1 石灰降水規(guī)律

        為了驗(yàn)證不同含水率下廢棄土減水效果,配置了45%、50%、55%、60%含水率的淤泥土。采用3%石灰降水,開(kāi)展了試驗(yàn),降水規(guī)律如圖2所示。

        圖2 土體含水率隨齡期變化曲線(室內(nèi)試驗(yàn))

        由圖2可知,初始含水率45%的淤泥土3 d可以降至含水率27%,基本滿足機(jī)械拌合的含水率需求,而初始含水率50%的淤泥土3 d降到含水率35%,降到含水率25%需要7 d。

        由于室內(nèi)為無(wú)風(fēng)條件,與實(shí)際情況有所區(qū)別,依托實(shí)際土源開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)拌灰后的含水率測(cè)試。其結(jié)果如圖3所示。

        圖3 土體含水率隨齡期變化曲線(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn))

        由圖3可知,初始含水率40%~50%,摻灰3%,室內(nèi)降水較慢,但室外配合挖機(jī)翻曬,經(jīng)過(guò)2~4 d,含水率可降至24%~27%,滿足機(jī)械拌合的含水率需求。因此確定摻入石灰量為3%,翻曬時(shí)間為2~4 d(與天氣因素關(guān)系較大)。

        2.2 固化劑選型

        地聚合物是一種無(wú)機(jī)聚合物材料,從空間結(jié)構(gòu)和性能來(lái)看,它是一種三維非晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高性能無(wú)機(jī)膠凝材料。地聚合物的早期強(qiáng)度高,耐久性較好。同時(shí),該類固化劑是以大宗無(wú)害工業(yè)廢棄物為主要材料,通過(guò)添加堿激發(fā)劑實(shí)現(xiàn)地聚合物的生產(chǎn)。本試驗(yàn)以礦渣、粉煤灰為原料,堿渣作為堿激發(fā)劑提供堿性環(huán)境[5-6]。根據(jù)不同配合比配制了3種不同的固化劑,分別命名為固化劑1、固化劑2及固化劑3,材料配比如表2所示。

        表2 固化劑材料配比

        固化劑種類選取試驗(yàn):選擇了三類固化劑進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)試驗(yàn),具體數(shù)據(jù)如表3~5所示。

        表3 固化劑1改良淤泥無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)系數(shù)表

        表4 固化劑2改良淤泥無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)系數(shù)表

        表5 固化劑3改良淤泥無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)系數(shù)表

        對(duì)表3~5進(jìn)行分析,固化劑1和固化劑2前期強(qiáng)度較高,但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較緩慢,其水穩(wěn)系數(shù)均小于0.6。固化劑3前期強(qiáng)度相對(duì)較小,但強(qiáng)度增長(zhǎng)較均勻,也已經(jīng)超出路基設(shè)計(jì)規(guī)范中CBR要求,特別是水穩(wěn)系數(shù)均大于0.8,已經(jīng)滿足《土壤固化劑應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 286—2018)中路基基層的水穩(wěn)性要求,綜合考慮采用固化劑3方案。

        2.3 固化劑配合比設(shè)計(jì)

        結(jié)合上述減水試驗(yàn)與室內(nèi)配比試驗(yàn)的成果,同時(shí)考慮到試驗(yàn)段有部分石粉需要消納,因此試驗(yàn)段在此基礎(chǔ)上增加了3%的石粉,建議開(kāi)展廢棄土路用配比為:①3%石灰+3%石粉+2%固化劑3;②3%石灰+3%石粉+3%固化劑3;③3%石灰+3%石粉+4%固化劑3。其結(jié)果如表6所示。

        表6 不同固化劑摻量下7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果

        由表6可知,摻入3%、4%固化劑的固化土水穩(wěn)定系數(shù)均大于0.8,且相對(duì)于摻入3%固化劑,摻入4%固化劑對(duì)強(qiáng)度提升并不大,考慮工程成本,最終確定3%石灰+3%石粉+3%固化劑作為最終配比。

        2.4 淤泥改良土路用試驗(yàn)

        對(duì)確定開(kāi)展配比的類型,開(kāi)展了擊實(shí)試驗(yàn),確定固化劑作用下最優(yōu)含水率為22%及最大干密度1.64 g/cm3。在上述推薦配比下,開(kāi)展了不同壓實(shí)度(94/96/100)下的CBR試驗(yàn),由于試驗(yàn)土樣為改良土,需要固化齡期,因此本次試驗(yàn)獲得的CBR值為7 d齡期(3 d養(yǎng)護(hù)+4 d浸水)的結(jié)果,結(jié)果如表7所示。

        表7 原狀土加結(jié)合料3d(養(yǎng)護(hù))+4d(浸水)CBR試驗(yàn)結(jié)果

        由表7可知,壓實(shí)度94%的CBR為30.3,96%的CBR為40.2,滿足規(guī)范中的上路床CBR不小于8要求。

        3 結(jié) 論

        1)室內(nèi)室外兩種不同情況下,含水率降至滿足機(jī)械拌合需求所需時(shí)間不同。且對(duì)于初始含水率40%~50%淤泥質(zhì)土,摻灰3%,室內(nèi)降水較慢,而室外配合挖機(jī)翻曬,經(jīng)過(guò)2~4 d,含水率可降至24%~27%。

        2)固化劑3的前期強(qiáng)度雖然相對(duì)較小,但強(qiáng)度增長(zhǎng)較均勻,滿足路基設(shè)計(jì)規(guī)范中CBR要求以及水穩(wěn)性的要求。

        3)在保證強(qiáng)度符合要求前提下,考慮工程造價(jià),3%石灰+3%石粉+3%固化劑3的配比最為合適。

        [ID:013672]

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