石宇 汪瀟

摘? 要：早強(qiáng)劑作為一種常用外加劑，其可以有效加快淤泥固化土的早期固化進(jìn)程。本文以江蘇連云港徐圩的高含水率灘涂淤泥為研究對(duì)象，研究在固化劑中單摻及復(fù)摻甲酸鈣和硫酸鈉兩種早強(qiáng)劑的情況下，對(duì)淤泥固化土早期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：（1）在兩種早強(qiáng)劑單摻時(shí)，均能對(duì)淤泥固化土起到明顯的早強(qiáng)作用，同時(shí)甲酸鈣的早強(qiáng)效果優(yōu)于硫酸鈉;（2）兩種早強(qiáng)劑復(fù)合摻加時(shí)能夠激發(fā)出兩者相互間的協(xié)同作用，進(jìn)一步加快淤泥固化土的早期固化進(jìn)程，當(dāng)甲酸鈣摻量為2%、硫酸鈉摻量為1%時(shí)，早強(qiáng)效果最好。

關(guān)鍵詞：淤泥固化;早強(qiáng)劑復(fù)合;早期強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TU 443? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）03-0000-00

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以淤泥、污泥為代表的各種泥狀物產(chǎn)量劇增，淤泥的處理及資源化利用已經(jīng)成為工程界迫切需要解決的問題[1]。在淤泥固化處理過程中，普遍采用的固化材料以普通硅酸鹽水泥為主，輔助材料摻有礦渣、粉煤灰、石膏等工業(yè)廢棄材料。同時(shí)對(duì)一些新型固化材料的研究也在不斷進(jìn)行，例如新型的磷基固化劑、HAS淤泥固化劑等。

大部分固化淤泥的強(qiáng)度發(fā)展較為緩慢，尤其是針對(duì)高含水率的淤泥固化，這一問題更為突出，使得固化處理施工周期加長(zhǎng)，影響施工工期，延長(zhǎng)了固化淤泥堆場(chǎng)的周轉(zhuǎn)效率[2]。王東星等人[3]對(duì)基于水泥、石灰、低鈣粉煤灰的固化淤泥進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，得到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)360d淤泥固化土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、破壞強(qiáng)度和應(yīng)變。丁慧等[4]探討粉煤灰和工業(yè)礦粉固化疏浚淤泥作路基材料的可行性，研究了不同固化劑配比對(duì)固化淤泥擊實(shí)特性水穩(wěn)定性、承載力和抗剪強(qiáng)度的影響。

早強(qiáng)劑能提高混凝土前期強(qiáng)度，且對(duì)后期穩(wěn)定性影響較小。我國(guó)目前應(yīng)用較多的早強(qiáng)劑主要分為無(wú)機(jī)鹽類、有機(jī)物類及復(fù)合材料類三大類型[5]。無(wú)機(jī)鹽類主要包括硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽及碳酸鹽等;有機(jī)物類主要包括甲酸鈣、二乙醇胺、三乙醇胺及乙二醇等;復(fù)合材料類主要是無(wú)機(jī)鹽類和有機(jī)物類復(fù)合使用的早強(qiáng)劑。

利用早強(qiáng)型土壤固化劑在高含水率條件下加固土具有施工方便、早期強(qiáng)度發(fā)展快，耐久性高等優(yōu)勢(shì)，因此可以在水利工程汛期搶險(xiǎn)堵漏中推廣使用，能夠達(dá)到快速施工，節(jié)約成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的，具有重要的推廣價(jià)值和工程意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所采用的淤泥取自江蘇連云港徐圩灘涂淤泥，淤泥的主要物理指標(biāo)如表1所示，重塑干土的顆粒組成如表2所示。實(shí)驗(yàn)用的淤泥固化劑為江蘇坤澤科技股份有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的KZJ-H01型粉體固化劑，主要成分為硅酸鹽、鋁酸鹽、二氧化硅、氧化鈣等，密度為3.01 g/cm3。實(shí)驗(yàn)用的早強(qiáng)劑選取甲酸鈣、硫酸鈉兩種，均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

固化劑摻量是按照每立方米淤泥中加入固化劑的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)中采用的摻量為80kg/m3，早強(qiáng)劑摻量為固化劑摻量的1～3%，外摻。同時(shí)實(shí)驗(yàn)采用基本組和對(duì)照組，其中基準(zhǔn)組的試樣不摻加早強(qiáng)劑。對(duì)照組一分別外摻1～3%的單組分早強(qiáng)劑，對(duì)照組二分別外摻2～3%的雙組分復(fù)合早強(qiáng)劑，通過測(cè)定固化土的3d、7d、28d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，比對(duì)分析早強(qiáng)劑單摻及復(fù)合時(shí)對(duì)固化土強(qiáng)度發(fā)展的影響。各組實(shí)驗(yàn)早強(qiáng)劑摻量如表3所示。

試樣制備過程先在淤泥中按比例添加固化劑、早強(qiáng)劑，混合后利用攪拌設(shè)備充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后分三層裝入直徑39.1mm、高度80mm的圓柱體模具中，制成無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，每組制備3組平行試件。制備完成的試件置于恒溫恒濕箱（溫度20±2 ℃，相對(duì)濕度>95%）中，養(yǎng)護(hù)1d后脫模，脫模后試件裝入密封袋中放入20±2 ℃水中養(yǎng)護(hù)至特定齡期進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用YYW-2型應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限壓力儀。試驗(yàn)前需對(duì)試件進(jìn)行預(yù)處理，刮平試件上下表面，然后按照GB/T 50123-2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[6]進(jìn)行測(cè)試，每組測(cè)定3個(gè)平行試件，結(jié)果取平均值。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1單摻早強(qiáng)劑的結(jié)果分析

將試件A0、B1～B6共7組固化土試件分別養(yǎng)護(hù)至3d、7d、28d后取出，測(cè)試試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出，早強(qiáng)劑的引入顯著提高了淤泥固化土的早期強(qiáng)度。其中單摻甲酸鈣時(shí)，摻量在2%時(shí)固化土的3d和7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值達(dá)到最高，比同齡期基準(zhǔn)組試件分別提高了169.3%和146.0%，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與同齡期基準(zhǔn)組試件相近，隨著甲酸鈣摻量的提高，早期強(qiáng)度反而有所降低，28d強(qiáng)度甚至?xí)l(fā)生倒縮。單摻硫酸鈉時(shí)，摻量在2%時(shí)固化土的3d和7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值達(dá)到最高，比同齡期基準(zhǔn)組試件分別提高了157.3%和127.8%，強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度低于甲酸鈣，同時(shí)摻加硫酸鈉時(shí)，各摻量下的28d強(qiáng)度均產(chǎn)生了不同程度的倒縮，其中摻量為3%時(shí)28d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值比基準(zhǔn)組試件下降了8.6%。

2.2 復(fù)摻早強(qiáng)劑的結(jié)果分析

將試件C1～C3共3組固化土試件分別養(yǎng)護(hù)至3d、7d、28d后取出，測(cè)試試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并與基準(zhǔn)組A0及單摻早強(qiáng)劑時(shí)早強(qiáng)作用最佳的B2進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表5所示。

從表5中可以看出，甲酸鈣和硫酸鈉2種早強(qiáng)劑復(fù)摻后，淤泥固化土的3d和7d強(qiáng)度均高于早強(qiáng)劑單摻時(shí)的作用效果。其中當(dāng)甲酸鈣摻量為2%、硫酸鈉摻量為1%時(shí)，淤泥固化土的3d和7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值達(dá)到最高，比同齡期基準(zhǔn)組試件分別提高了197.3%和159.5%，比同齡期單摻2%甲酸鈣試件分別提高了10.4%和5.5%，同時(shí)淤泥固化土的28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值相比于基準(zhǔn)組試件未產(chǎn)生倒縮，反而略有提高。由此可見，對(duì)不同類型的早強(qiáng)劑進(jìn)行合理的復(fù)合，可以激發(fā)出不同早強(qiáng)劑之間的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高淤泥固化土的早期強(qiáng)度發(fā)展，加速固化進(jìn)程，同時(shí)保證后期強(qiáng)度不發(fā)生倒縮。

3 結(jié)論

本文采用甲酸鈣和硫酸鈉早強(qiáng)劑摻入高含水率淤泥固化土中，通過分析比較單摻及復(fù)摻早強(qiáng)劑的淤泥固化土早期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度性能，并進(jìn)一步研究分析，得到以下結(jié)論：

（1）甲酸鈣和硫酸鈉兩種早強(qiáng)劑單摻時(shí)對(duì)高含水率淤泥固化土的早期固化進(jìn)程均起到明顯的促進(jìn)作用，并且甲酸鈣的早強(qiáng)效果優(yōu)于硫酸鈉。然而當(dāng)單摻甲酸鈣摻量過高時(shí)，或者單摻硫酸鈉時(shí)，固化土的后期強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不同程度的倒縮。

（2）兩種早強(qiáng)劑復(fù)摻時(shí)能夠激發(fā)出兩者相互間的協(xié)同作用，進(jìn)一步加快淤泥固化土的早期固化進(jìn)程。當(dāng)甲酸鈣摻量為2%、硫酸鈉摻量為1%時(shí)，淤泥固化土的3d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值達(dá)到223kPa，7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值能夠達(dá)到327kPa，與同齡期基準(zhǔn)組試件相比分別提高了197.3%和159.5%。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜衍慶，王新岐.濱海淤泥固化土路用性能試驗(yàn)研究[J].天津建設(shè)科技，2019，29（1）：1-5.

[2] 范惜輝，侯志強(qiáng)，甘雅雄，等.早強(qiáng)型固化淤泥的強(qiáng)度發(fā)生規(guī)律[J].河南科學(xué)，2020，38（2）：273-278.

[3] 王東星，徐衛(wèi)亞.固化淤泥長(zhǎng)期強(qiáng)度和變形特性試驗(yàn)研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，44（1）：332-339.

[4] 丁慧，孫秀麗，劉文化，等.固化疏浚淤泥作路基材料工程特性試驗(yàn)研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2017，39（2）：11-18.

[5] 謝興建.混凝土早強(qiáng)劑應(yīng)用技術(shù)研究[J].新型建筑材料，2005（5）：33-35.

[6] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T 50123-2019土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2019.

收稿日期：2020-02-03

作者簡(jiǎn)介：石宇（1989—），男，江蘇蘇州人，碩士研究生，工程師，研究方向：軟土淤泥固化。