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        建筑余泥渣土抗壓強度及影響因素研究

        2024-03-07 01:49:16張記峰孫佳俊
        廣東土木與建筑 2024年1期
        關鍵詞:無側側限渣土

        余 靖,張記峰,孫佳俊,吳 桐,陸 毅

        (1、深圳市龍崗區(qū)建筑廢棄物監(jiān)管中心 深圳 518100;2、廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司 廣州 510500;3、廣州大學 廣州 510006)

        0 引言

        隨著我國城鎮(zhèn)化的推進,為經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展帶來重要貢獻的同時,也面臨著壓力。每年建筑余泥渣土數(shù)量高達數(shù)億立方米,這些渣土大部分沒有被充分利用,而是被當作廢棄物排放處理,對環(huán)境造成二次污染[1]。建筑垃圾也被稱為“被放錯地方的資源”,其中絕大部分是對環(huán)境沒有污染和危害的無機物,以渣土、磚瓦碎塊、混凝土塊為主,物理化學性質較為穩(wěn)定,只要對其進行正確的回收再利用,它們依然是一種實用性較高的建筑用料,可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益[2]。致力于渣土資源化,堅持開發(fā)利用新型的綠色材料[3],利于構建綠色經(jīng)濟體系[4]。

        通過渣土固化/穩(wěn)定化技術的應用,是實現(xiàn)渣土資源化的重要途經(jīng)。在研究固化土的性能,尤其是力學性能時,土的性質對土的力學性能和本構關系有很大的影響,固化對象各不相同導致土壤的物理指標之間相差較大,渣土的液塑限、含水率、顆粒級配等基本特性對固化土強度與耐久性產生影響[5]。李磊等人[6]通過對水泥和膨潤土固化的渣土進行干濕循環(huán)試驗,結果表明,增加水泥摻入量能夠提高固化土的耐久性,顯著降低其質量、體積和強度的損失。徐楊等人[7]進一步研究發(fā)現(xiàn),在添加水泥的基礎上加入石灰和石膏的添加劑,能夠再次提高水泥固化土的干濕耐久性。

        在渣土固化處理過程中,固化劑摻量對軟化系數(shù)的影響較大,水泥摻量和含砂率對其影響較?。?]。研究粘土-水泥混合物的巖土特性可知,根據(jù)壓縮指數(shù)和預固結壓力,評估粘土-水泥混合物的指數(shù)特性和壓縮特性,對比不同混合材料的無側限抗壓強度特性。結果表明處理后的土壤容重隨水泥含量的增加而增加。土壤固體比重隨水泥含量的增加先增大后減小;土壤的液限、壓縮指數(shù)、預固結壓力和抗壓強度隨水泥含量的增加而增加,且初始含水量較低的渣土具有較高的預固結壓力和強度[9]。

        本研究以黃土、黑土、紅土為研究對象,分析了在不同的固化劑含量、含水量以及養(yǎng)護齡期對固化渣土抗壓強度的影響,通過科學的技術處理,提升固化渣土的使用性能,為渣土資源化利用研究貢獻力量。

        1 試驗

        用渣土制備再生綠色材料能夠高效、經(jīng)濟、環(huán)保的二次利用資源,符合國家建設節(jié)約資源、環(huán)境友好型社會的戰(zhàn)略方針。但是現(xiàn)有對渣土制備可控低強度材料具體使用場景的研究仍比較少,而不同類型渣土的土壤特性對可控低強度材料的各項性能指標影響較大。為建立完善的對應關系,為開展大規(guī)模的余泥渣土再利用提供參考,拓寬余泥渣土制備可控低強度材料的使用范圍,進一步提高廢棄資源的回收效率,項目組通過室內實驗研究了固化劑含量等因素對建筑余泥渣土強度的影響。

        1.1 試驗材料

        為了分析渣土無側限抗壓強度的影響因素,分別采用了黃土、黑土和紅土3種土樣,如圖1所示。紅土的液限(WL)為32%,黃土和黑土的液限為35%,試件的含水率分別為0.8WL、WL和1.2WL。試件采用的固化劑為水泥,固化劑的含量分別為10%、15%、20%。

        圖1 標準試件試驗Fig.1 Standard Specimen Test

        1.2 試驗方案

        試驗依據(jù)《土工試驗規(guī)程-無側限抗壓強度試驗:SL 237-020—1999》[10]進行。首先,分別選取3種土樣將其碾碎、過篩并除去雜質;然后根據(jù)試驗參數(shù)將各材料混合攪拌均勻,采用靜壓成型方法制備100 mm×300 mm 圓柱體標準試件;最后待試件脫模后將其置于標準養(yǎng)護箱(溫度為20±2 ℃、相對濕度≥95%)中養(yǎng)護7 d、14 d 和28 d,并在相應養(yǎng)護齡期下取出測定其無側限抗壓強度。

        2 渣土無側限抗壓強度影響因素分析

        土的無側限抗壓強度是評估渣土固化的一項重要指標,在諸多影響土的抗壓強度影響因素中,本研究探究了渣土種類、固化劑含量、養(yǎng)護齡期、水灰比等對土的無側限抗壓強度的影響,每組試驗進行了3 次重復試驗并取其均值,試驗結果如圖2所示。

        圖2 各因素下試件無側限抗壓強度Fig.2 Unconfined Compressive Strength of Specimens Under Various Factors

        2.1 土種類對強度的影響

        渣土種類是穩(wěn)定土強度的重要影響因素,根據(jù)圖2 試驗結果,不同種類土對其無側限抗壓強度值影響較大,這與土的自身物理狀態(tài)指標有關,如土的液限、塑限以及密實度等重要物理指標。

        2.2 養(yǎng)護齡期對強度的影響

        在試件養(yǎng)護過程中,不同養(yǎng)護齡期下固化土的無側限抗壓強度變化過程,如圖3 所示。固化后養(yǎng)護時間一定時,固化土的無側限抗壓強度隨養(yǎng)護時間增加而增加,隨著養(yǎng)護時間延長,試件抗壓強度差距逐漸縮小。

        圖3 不同養(yǎng)護齡期條件下無側限抗壓強度Fig.3 Unconfined Compressive Strength under Different Curing Age Conditions

        2.3 固化劑含量對強度的影響

        渣土固化過程中,抗壓強度為重要評價指標,水泥作為一種常見的固化劑,已廣泛應用于建筑余泥渣土固化劑材料。不同固化劑含量試件的試驗結果如圖4 所示。試件的無側限抗壓強度隨土的固化劑含量增大而增大。

        圖4 不同固化劑含量條件下無側限抗壓強度Fig.4 Unconfined Compressive Strength under Different Curing Agent Content Conditions

        3 結論與展望

        建筑余泥渣土作為一種建筑廢料,經(jīng)固化可實現(xiàn)建筑垃圾資源化再利用。通過室內無側向抗壓強度實驗,本文研究了不同種類圖、固化劑含量、水灰比等因素對固化土強度的影響,得到的主要結論如下:

        ⑴ 不同種類土對其無側限抗壓強度值影響較大,這與土的自身物理狀態(tài)指標有關。

        ⑵固化土的無側限抗壓強度隨養(yǎng)護時間增加而呈對數(shù)型增加。

        ⑶試件的無側限抗壓強度隨土的固化劑含量增大而增大,且隨試件水灰比增大而減小。

        目前,國內對于建筑余泥渣土的利用水平仍舊較低,如何真正有效地處理和利用建筑余泥,是未來需要解決的重點難題。

        2.4 水灰比對強度的影響

        水灰比是影響試件無側限抗壓強度的因素之一,在不同的養(yǎng)護齡期條件下,試件無側限抗壓強度隨水灰比的變化,根據(jù)其變化趨勢進行擬合,結果如圖5所示。試件的無側限抗壓強度隨土的水灰比增大而減小。

        圖5 不同水灰比條件下無側限抗壓強度Fig.5 Unconfined Compressive Strength under Different Water Cement Ratios

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