粉煤灰固化淤泥路用性能的试验研究★

陈志明 金明东 江来荣 李淑娥

(南通市公路管理处，江苏 南通 226001)



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粉煤灰固化淤泥路用性能的试验研究★

陈志明 金明东 江来荣 李淑娥

(南通市公路管理处，江苏 南通 226001)

针对淤泥传统抛填中产生的环境污染问题，提出将淤泥固化处理后转化为工程填土的方法，通过轻型击实和无侧限抗压强度试验，分析了粉煤灰固化淤泥的路用性能，试验结果表明固化淤泥满足作为普通填土的需要。

淤泥，粉煤灰，击实，抗压强度

0 引言

淤泥具有含水量高、渗透系数小、强度低、有机质含量高等特点，不适合作路堤填料。长期以来，国内对淤泥的主要处理方式是就近弃土，造成大量土地资源的浪费，还对周围环境造成二次污染[1-3]。淤泥固化方法有效地将淤泥变为可利用的工程填土，节约了大量土地资源，减少环境污染，是保证工程建设可持续发展的有效途径。

粉煤灰固化淤泥就是在淤泥中掺加一定量的粉煤灰，利用粉煤灰的活性，与淤泥中的自由水发生水化反应，生成稳定的粉煤灰淤泥结晶物，构成具有强度的坚固骨架，达到加固淤泥的目的[4-6]。加固淤泥的固化剂主要以石灰、水泥、粉煤灰等无机固化剂为主。近年来，多种新型加筋材料，如EPS颗粒、聚丙烯纤维等也被用于淤泥加固处理中[7-10]。本文利用粉煤灰固化淤泥，通过轻型击实试验和无侧限压缩试验研究固化淤泥的击实特性和无侧限抗压强度特性。

1 试验方案

1.1 试验材料

淤泥取自江苏省231省道沿线，淤泥呈现黑色、灰黑色，液限含水量为51.6%，塑限含水量为30.8%，塑性指数为20.8，液性指数为1.16，粘土颗粒(<0.01 mm)含量为51.7，天然含水量为55.6%，有机质含量为2.73%。粉煤灰为灰白色，粉煤灰的化学成分主要有：SiO2，占64.5%，Al2O3，占23.5%，Fe2O3，占5.9%，CaO，占2.7%,MgO，占1.2%，K2O，占1.4%，Na2O，占0.4%和SO2，占0.3%。淤泥和粉煤灰颗粒分析曲线如图1所示。

1.2 试样制备

现场所取得淤泥试样经过风干、碾碎，采用孔径为2 mm的铁筛进行筛分，按设定的干土质量比例掺入粉煤灰，无侧限压缩试验试样分5层制作，每层压实高度为16 mm。制成淤泥试样的高度为80 mm，直径39.1 mm的圆柱体。

1.3 试验方法

轻型击实试验设备为DJ-Q型电动击实仪，分3层击实，每层25下。

粉煤灰固化淤泥的无侧限抗压强度试验在YYW无侧限压缩仪上完成，最大荷载为50 kN，测力钢环为600 N，电动升速为3 mm/min。

2 试验结果分析

2.1 最大干密度和最优含水量

采用粉煤灰固化处理的淤泥试样的轻型击实曲线如图2所示。在图2中分别表示了粉煤灰、素淤泥和不同粉煤灰掺加量的固化淤泥的击实曲线。由图2看出，粉煤灰的最大干密度为9.2 kN/m3，最优含水量为32.8%；淤泥的最大干密度为15.4 kN/m3，最优含水量为23.0%。随着粉煤灰掺入量增加，粉煤灰固化淤泥的击实曲线逐渐向粉煤灰的击实曲线靠近，即随着粉煤灰掺入量增加，粉煤灰固化淤泥的最大干密度逐渐减小，最优含水量逐渐增大。

粉煤灰固化淤泥的最大干密度和最优含水量随粉煤灰掺加量的变化规律如图3所示。随着粉煤灰掺加量由0变化至30%，粉煤灰固化淤泥的最大干密度由15.4 kN/m3减小至14.5 kN/m3，最优含水量由23%增大至25%。粉煤灰与淤泥中的水分发生水化反应，消耗淤泥中的部分自由水，在固化淤泥中形成结合水，导致粉煤灰固化淤泥的最优含水量增加；由于水的密度小于淤泥的密度，结合水增加，导致固化淤泥的最大干密度减小。

在路堤填筑施工现场，常常在粉煤灰掺加后很长一段时间都无法碾压，出现碾压滞后现象，称之为延迟击实。选取淤泥∶粉煤灰=8∶2的固化淤泥的击实曲线为例，如图4所示，将掺加粉煤灰的淤泥分别加水、调匀，分别焖灰、静置1 d，7 d，14 d和28 d，然后进行轻型击实试验，粉煤灰固化淤泥的轻型击实曲线如图4所示。从图4中看出，延迟1 d和7 d固化淤泥的击实曲线与不延迟击实曲线的形状相似；延迟14 d和28 d的击实曲线比不延迟击实曲线更加平缓。

延迟时间对固化淤泥的最大干密度和最优含水量的影响如图5所示。随着延迟时间增加，最大干密度减小，最优含水量增加，延迟时间由1 d增加到28 d，最大干密度由14.8 kN/m3减小至14.4 kN/m3，最优含水量由25.2%增至26.1%。

2.2 无侧限抗压强度

粉煤灰固化淤泥的无侧限抗压强度如图6所示，固化淤泥的抗压强度随着龄期的增加而增大。无侧限抗压强度增加的机理是由于淤泥与粉煤灰之间产生水化反应的结果。在粉煤灰固化淤泥中添加纤维的无侧限抗压强度如图7所示。在粉煤灰固化淤泥的基础上，再添加一定量的无机纤维材料后，无侧限抗压强度随纤维掺量的增加而增大，以淤泥∶粉煤灰=7∶3、龄期28 d的固化淤泥为例，无侧限抗压强度qu从355 kPa增至576 kPa。

淤泥固化前后的微观结构扫描电镜(SEM)结果解释了固化淤泥强度增强的机理[6]。原状淤泥颗粒间只有原生矿物的几何堆积，颗粒和孔隙清楚，主要为粘土矿物，其次是水溶盐和腐殖质

等，没有牢固的连接。固化淤泥扫描电镜照片上清晰地看出，在松散土颗粒孔隙间分布有许多细针状的水化产物——水化硅酸钙，引起固化淤泥强度增长。随着养护龄期的增加，细针状的水化硅酸钙晶体数量逐渐增加，龄期为28 d固化淤泥的SEM图片上可见水化产物附着在土颗粒表面，土颗粒增大，固化淤泥因水化产物胶结、充填作用而增强。

3 结语

1)掺加粉煤灰后，固化淤泥的最大干密度减小、最优含水量增加。随着粉煤灰掺加量增加，固化淤泥的击实曲线会越来越接近粉煤灰击实曲线。

2)碾压不及时是路基填筑的常见现象，随着碾压延迟时间增加，固化淤泥的最大干密度减小，最优含水量增加。

3)粉煤灰固化淤泥的无侧限抗压强度随粉煤灰掺加量、龄期和纤维掺入量的增加而增大。添加纤维的7∶3淤泥/粉煤灰试样养护28 d后的无侧限抗压强度值由355 kPa增至576 kPa。

4)粉煤灰固化淤泥可以作为填料应用于路基填筑，粉煤灰属于工业废料，价廉量多，从经济实用的角度考虑，粉煤灰固化淤泥技术值得推广。

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On experiment for road performance of silt-mud solidification of fly ash★

Chen Zhiming Jin Mingdong Jiang Lairong Li Shu’e

(NantongRoadAdministrationDivision,Nantong226001,China)

According to the environmental pollution in silt traditional dumping, the paper points out the methods to transfer the silt-mud solidification treatment into the engineering filling, analyzes the road performance of the silt-mud solidification of fly ash from the light compaction and unconfined compression strength, and proves by the experiment results that the improved silt meets the demands of common filling soil.

silt, fly ash, compaction, compression strength

1009-6825(2016)13-0134-02

2016-02-24★：江苏交通厅科技项目(项目编号：2014Y04,2015T18)

陈志明(1975- )，男，高级工程师

U214.11

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