基于固废物的土壤固化剂加固软土应用研究.docxVIP

目前土壤固化方面使用最广泛的固化剂是水泥，但水泥在固化土壤时强度低、成本高。而基于固体废弃物生产的固化剂不仅固化效果优异，而且成本低，如果固弃物能得到广泛利用，固体废物的产生量每年可以减少约2亿?t。以水泥为基体，添加高炉矿渣、脱硫石膏、粉煤灰等原料制备新型固化剂，探索各组分间的最佳配比，在此基础上研究该新型固化剂具体掺量与固化效果之间的关系。

1?试验原材料

1.1?工业固体废弃物

所制备固化剂的外掺剂为固体废弃物，分别为矿渣、脱硫石膏、粉煤灰，矿渣来自冶炼生铁时产生的废渣；脱硫石膏由发电厂脱硫产生；粉煤灰为F类粉煤灰，其主要的化学成分见表1。

表1?矿渣、脱硫石膏、粉煤灰主要化学成分?%

1.2?水泥

水泥选用P·O42.5级普通硅酸盐水泥，其主要化学成分见表2。

表2?P·O42.5级普通硅酸盐水泥主要化学成分%

1.3?试验土样

试验土样取自珠江三角洲入海口，根据地质勘查报告，选取第四系海陆交互沉积层作为试验土样，第四系海陆交互沉积层主要由淤泥、粘土、淤泥质粘土、中砂等组成，混有少量有机物质，整体呈灰黑色、褐灰色。土层参数见表3。

表3?土层物理参数

2?固化剂配合比

采用正交试验及控制变量法，研究了各组分的配比对固化土7?d无侧限抗压强度的影响。设计三因素三水平正交试验，三因素分别为硅酸盐水泥含量A、粉煤灰与矿渣比例B、脱硫石膏与矿渣比例C，具体各因素水平见表4。固化剂具体配合比及测定7?d无侧限抗压强度结果见表5。

表4?L9（34）正交试验因素与水平

表5?固化剂配合比及强度测试值

对正交试验结果进行极差分析，结果表明，各因素影响主次为ACB，即水泥含量对该固化剂性能影响力度最大，其次为脱硫石膏与矿渣的比；最优配合比及A3C2B2，即最优配合比中水泥含量为50?%。考虑到水泥成本较高，与研究初衷相违背，且水泥含量为30?%时以满足规范要求（0.8?MPa），最终确定固化剂中水泥、矿渣、脱硫石膏、粉煤灰的配合比为30∶40∶16∶14。

3?试验方案与结果

以正交试验结果配比制备新型固化剂，试验该新型固化剂在固化土方面的优良性能，对比10?%掺量的P·O42.5普通硅酸盐水泥固化土进行试验研究。试验参照公路工程材料稳定性的相关规程，对某建筑工地的软土进行制备、养护和性能试验，并给出试验过程及结果。

3.1?无侧限抗压强度试验

从珠江三角洲入海口采集试样土样，采用静力压实法制备圆柱体试样，尺寸为50?mm×50?mm。试样中分别掺入质量分数为8?%、10?%、12?%、14?%的新型固化剂，以10?%掺量的P·O?42.5普通硅酸盐水泥固化土为对照组。标准条件下养护后测试其无侧限抗压强度。

3.2?试验结果

为了确定不同固化剂掺量以及养护龄期对固化土无侧限抗压强度的影响，对上述试样养护7?d、14?d、28?d分别记录其无侧限抗压强度，记录结果见表6。

表6?无侧限抗压强度试验结果

3.3?试验分析

由表6无侧限抗压强度结果可见，与普通硅酸盐水泥相比，新型固化剂在同等掺量10?%下，其28?d固化强度达到了3.92?MPa，而普通硅酸盐水泥仅为1.84?MPa，强度提升高达113?%，可见新型固化剂对固化土强度的增强效果更明显。

为分析新型固化剂固化效果与掺量之间的关系，绘制试样无侧限抗压强度随掺量的变化曲线，如图1所示。

图1?无侧限抗压强度与固化剂掺量关系

由图1可知，新型固化剂掺量为8?%~10?%时，固化土试样的无侧限抗压强度均满足工程要求，固化土试样的无侧限抗压强度与固化剂掺量成正比例关系，且各龄期趋势基本相同。

为分析新型固化剂固化效果与养护龄期之间的关系，绘制试样无侧限抗压强度随养护龄期的变化曲线，如图2所示。

图2?无侧限抗压强度与养护龄期关系

由图2可知，掺拌新型固化剂的固化土试样在任意养护龄期内的无侧限抗压强度均大于对照组。掺拌普通硅酸盐水泥的固化土试样无侧限抗压强度随养护龄期匀速增长，而掺拌新型固化剂的试样7~14?d内的强度增长速率大于14~28?d的增长速率。以新型固化剂10?%掺量为例，7~14?d的无侧限抗压强度增长101?%，14~28?d的无侧限抗压强度增长10.7?%，由此可见，该新型固化剂能够显著提高固化土的早期强度，迅速满足工程需求。

4?结论

（1）以水泥、矿渣、脱硫石膏、粉煤灰为原料制备的新型固化剂性能优异，其最佳配比为30∶40∶16∶14。

（2）添加利用固体废弃物制备成的新型固化剂可以加速软土固化，与普通硅酸盐水泥固化剂相比，同等掺量下，强度对比增长113?%，可有效提高固化土无侧限抗压强度。

（3）随着新型固化剂掺量的增多，固化土的无侧限抗压强度随之增强，并且保持着一个较高的增长速度。

（4）新型固化剂明显改善了传统水泥固化土早期强度不足的问题，在相同固化