粉末固化剂对淤泥的加固作用

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　　 摘 要：通过土工试验，研究高强胶凝材料、粘土激发剂、抗水增强剂等材料为主的粉末状固化剂对海滩淤泥的加固效果。试验项目有无侧限抗压强度试验，崩解试验，压缩试验，三轴试验和渗透试验等。影响因素包括：固化剂的掺合量，龄期，试样在试验前在水下的浸泡时间等
　　 Improvement of mud property by powdered stabilizer
　　 Bian Jinghong
　　 (China Institute of Water Resources and Hydropower Research, 100044, Beijing)
　　Abstract：Powdered stabilizer mainly made of high strength gelatinous material is used to improve the engineering property of mud. Engineering property includes the unconfined compression strength, compressibility, slaking phenomenon, shear strength parameters as well as permeability under the various percentage of stabilizer, aging, time of immersing under water .
　　 引言
　　 土体加固是岩土工程师经常需要采用的一种工程措施。已有的加固方法很多，各有其适用场合。近年来人们开始采用固化剂来加固淤泥土体。这种加固方法见效快，对于在重型自卸汽车车轮荷载和旋转剪切作用下的路面和路基往往需用高强固化技术。本文报道中国水利水电科学研究院岩土所采用一种粉末状固化剂加固海滩淤泥的试验成果。试验项目包括：无侧限抗压强度试验，崩解试验，压缩试验，三轴试验和渗透试验等。试验成果揭示了固化剂的掺加量，养护时间（龄期），浸水作用等对加固效应的影响。
　　
　　 1、被加固的土和固化剂
　　 本研究所采用的粉末状固化剂由高强胶凝材料、粘土激发剂、抗水增强剂为主要材料，经过超细技术加工而成。其中还掺加了一定数量的矿渣、粉煤灰、硅灰、活性高岭土等材料。公路基层或面层已多次采用这种高强固化技术进行了加固。已有的试验成果表明，本研究所采用的固化剂对砂土进行加固后，其强度相当于普通水泥525＃以上强度，且凝结时间正常，稳定性好。
　　 被加固的土取自海滩的淤泥，天然含水率为57.3%，比重为2.69。 将不同含量的固化剂施加在淤泥土样中，经过充分拌和后，用静压法分层压制成湿密度为1.78g/cm3的试样，然后放入密闭的容器内在室温条件下进行养护。养护时间是不同的，目的是研究龄期对力学性质的影响。对于无侧限抗压强度试验和三轴试验而言，试样直径为3.8厘米，高为8厘米。对压缩试验而言，试样直径为6.18 厘米，厚度2厘米。而渗透试验试样的厚度为4厘米，直径6.18厘米。
　　 试验过程中，发现固化剂掺入的均匀性比较重要，固化剂凝硬的时间比较短，室内试验制样过程中，按给定固化剂掺量，与极软的海滩淤泥混合均匀后，填入制样模具，脱模后固化土已可保持不变形，总共制样时间大约20分钟。相反，如果淤泥中不加固化剂，则试样非常软弱，甚至不能直立。
　　 2、无侧限抗压强度试验
　　 2.1 固化剂的掺量和龄期的影响
　　 固化剂掺量分别为5%、8%、10%（即固化剂质量:湿淤泥质量），龄期分3天、7天、28天等三种。测得的无侧限强度见表1。而图1到图3是其应力-应变曲线。
　　
　　
　　 从这些图表中可以看到。固化剂掺量在5%~10%的海滩淤泥土料固化后，养护期3天的无侧限抗压强度结果为：0.05 MPa~0.39 MPa，养护期7天后的无侧限抗压强度结果提高为：0.08 MPa~0.58 MPa，养护期28天的无侧限抗压强度结果大幅提高为：0.51 MPa~1.29 MPa，。由以上结果可以得知养护期限对海滩淤泥的固化效果有较大影响；养护期相同时，随着固化剂掺量增加，其无侧限抗压强度正比提高。固化剂掺量为5%时，养护3天和7天的无侧限抗压强度很低。
　　 2.2试样在试验前的浸水时间的影响
　　 为了研究试样在试验前在水下浸泡时间对无侧限抗压强度的影响，选择固化剂为8%，其养护时间分别为7和28天的试样进行了试验，成果见表2和图4。从表和图中可见，长期浸水会在较大程度上降低强度。
　　
　　
　　 3、崩解试验
　　 本试验的目的是用标准的崩解试验方法，测定固化后的海滩淤泥试样在水中发生崩解过程中的时间与崩解量关系。试验成果见表3。
　　
　　
　　 因崩解试验过程中，均未发现试块的崩解现象，可以得出固化剂掺量在5%~10%的海滩淤泥经3天以上养护后，在水中2日内不崩解。
　　 4、压缩试验
　　 按固化剂掺量0%、5%、10%，测定干养护7天后固化体的压缩性能。用以确定固化体的压缩变形参数及其变化规律。
　　 固化剂掺量为零的海滩淤泥和经过固化的土的压缩试验成果详见表4和图5。海滩淤泥和固化土的非饱和不浸水压缩试验，在0.1～0.2MPa压力范围内的压缩系数a1-2为0.312～0.691MPa-1，属中～高压缩性土料。固化剂掺量与压缩性成反比关系。
　　
　　
　　 5、三轴试验
　　 三轴压缩试验所用试样的固化剂掺量是5%和8%，养护时间7天。在不固结不排水试验测得的抗剪强度指标C、值，表示在表5中。相应的抗剪强度包线、主应力差与轴向应变曲线见图6～图7。从表5中可见。固化土的总强度指标（摩擦角和凝聚力）都有明显改善。
　　
　　
　　 7、结论
　　 综上所述，得到以下结论：
　　 1、无测限试验表明：固化剂掺量在5%～10%的海滩淤泥土料固化后，养护期3天的无侧限抗压强度结果为：0.05 MPa～0.39 MPa，养护期7天后的无侧限抗压强度结果提高为：0.08 MPa～0.58 MPa，养护期28天的无侧限抗压强度结果大幅提高为：0.51 MPa～1.29 MPa，。由以上结果可以得知养护期限对海滩淤泥的固化效果有较大影响；养护期相同时，随着固化剂掺量增加，其无侧限抗压强度相应提高。固化剂掺量为5%时，养护3天和7天的无侧限抗压强度很低。
　　 试样在试验前在水中浸泡达28天后，试样表面依然完整，未发生浸蚀现象。但是浸泡作用在较大程度上降低无侧限抗压强度。
　　 2、崩解试验过程中，均未发现试块的崩解现象，可以得出固化剂掺量5%～10%的海滩淤泥经3天以上养护后，在水中2日内毫不崩解。
　　 3、海滩淤泥和固化土的非饱和不浸水压缩试验，在0.1～0.2MPa压力范围内的压缩系数a1-2为0.312～0.691MPa-1，属中～高压缩性土料。固化剂掺量与压缩性成反比关系。
　　 4、固化剂掺量在5%～8%，养护7天后海滩淤泥的非饱和土样，不固结不排水剪（UU）试验测得的强度指标为摩擦角ΦU为16.5～31.7度，凝聚力CU为0～8.1kPa。UU试验结果表明固化剂掺量由5%提高到8%时，固化土的摩擦角和凝聚力都有明显改善。
　　 5、海滩淤泥固化剂掺量10%、养护7天后的渗透系数约在A×10-6cm/s量级，属不透水材料。
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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