碱渣的固结特性研究

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　　作者简介：沈跃根，男，江苏南京人，南京水利科学研究院硕士研究生，主要从事环境岩土工程研究。
　　摘要：通过对不同含水率碱渣的室内固结试验，研究了碱渣的压缩特性，讨论和分析了碱渣的压缩模量的分布规律。
　　关键词：碱渣 固结 压缩特性 压缩模量
　　
　　 1.碱渣的化学成分与物理性质
　　近年来，国内针对碱渣进行了各种相关试验，已经基本了解了碱渣的化学组成及工程特性。
　　碱渣的化学成分取决于石灰石原料和粗盐的成分，风干碱渣的化学成分如表1所示。
　　表1碱渣化学成分统计表 单位：%
　　碱渣来源 CaCO3 CaSO4 CaCl2 CaO NaCl Mg(OH)2 AL2O3 Fe2O3 SiO2
　　连云港碱厂 34.3 9.2 6.7 5.2 6.4 10.1 4.3 0.8 10.0
　　天津碱厂 45.6 3.9 10.5 10.3 2.7 9.0 3.0 0.7 7.8
　　青岛碱厂 39.5 12.4 11.8 3.0 6.2 15.4 2.3 0.8 5.0
　　由上表可见：碱渣元素主要有钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）、铝（Al）、钠（Na）、硅（Si）等，化学成分以碳酸钙（CaCO3）含量最高，占30%～40%,碳酸钙（CaCO3）、硫酸钙（CaSO4）、氢氧化镁（Mg(OH)2）等为难溶盐类，占60%～70%，氯化钙（CaCl2）、氯化钠（NaCl）等为易溶盐类，占10%～20%。含盐量较高是碱渣的一个主要特征。因原料、生产工艺、生产时间的不同，各碱厂的碱渣化学成分的含量稍有差异。
　　与土类似，碱渣也是由固态、液态、气态三相物质组成，可视为特殊的工程土。粒径在0.075～0.005mm之间的碱渣颗粒占碱渣总质量的60%以上，表明碱渣不仅颗粒较细，而且级配不良，因此其压实性能和渗透稳定性会较差。碱渣渣粒比重为2.33～2.35，而砂土的平均比重约为2.65，粘土的平均比重约为2.75，可见碱渣颗粒比重较天然土小。碱渣的最大干密度为1.06g/cm3,碱渣的液限wl=46%，塑限wp=31.5%，塑性指数Ip=14.5。
　　2.碱渣的固结特性
　　2.1试验方案
　　从中石化南化集团连云港碱厂一号渣场取碱渣经过烘干，配制成五种不同含水率的试样，含水率分别为30%，35%，40%，45%，50%。按照规范在50kPa，100 kPa,200 kPa,400 kPa四级荷载下进行压缩试验，探索不同含水率的碱渣的压缩性能。
　　2.2 不同含水率试样的压缩曲线
　　从图1可知，每加一级荷载，在刚开始的时候沉降很快，随着时间的推移，沉降越来越慢到后期基本稳定，与土工标准固结试验土的沉降规律吻合。
　　
　　
　　
　　图1 碱渣的沉降量随时间的变化曲线图
　　2.3 压缩变形与压力的关系
　　由图2可以很容易的看出，含水率w=50%对应的沉降最大，w=30%对应的沉降最小，w=40%居中，五个试样的压缩曲线按照含水率依次排列，说明含水率对沉降有重要的影响。随着固结压力的增大，碱渣的沉降增大，但是曲线斜率减小。
　　
　　
　　
　　图2 碱渣的压缩曲线
　　2.4 相同固结压力下的区别
　　由图3可以很容易的看出，相同的固结压力下，随着含水率的增大，碱渣的沉降也增大，而且压力大的情况下这个特征很明显。
　　
　　
　　图3碱渣的沉降与压力的关系
　　2.5 不同含水率碱渣的压缩模量
　　通过计算可以得出碱渣的压缩模量如表2所示。
　　表2 碱渣的压缩模量
　　含水率 30% 35% 40% 45% 50%
　　压缩模量（MPa） 1.239 1.184 1.165 1.133 1.113
　　
　　由表2可以看出，一定范围内，随着含水率的增加，碱渣的压缩模量变小，基本呈线性关系。
　　
　　参考文献：
　　[1]王芳，徐竹青，等.碱渣土工试验方法及其工程土特性研究[J]岩土工程学报，2007.8
　　[2]GB/T50123-1999 土工试验方法标准[S].1999

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