基于正交试验的复合固化剂固化淤泥无侧限抗压强度试验研究

李锐铎，张双娇，郑艺伟，王思会，王 峥

(河南城建学院 土木与交通工程学院，河南 平顶山 467036)

疏浚河流湖泊所产生的淤泥具有含水率高、有机质含量大、压缩性大、透水性差、力学强度低等缺点，一般不能直接应用于实际工程中，并且淤泥产生量巨大，采用堆放的方式往往占用大量土地，还容易对周围的水域及土壤产生严重污染。因此，如何对疏浚淤泥进行资源化利用成了目前研究的热点。

淤泥的处置方法主要有化学方法、物理方法、化学物理混合法和资源化利用方法[1]。化学方法主要是通过添加水泥等固化材料对淤泥进行固化处理[2-6]。物理方法主要以脱水干化方法为主，常见的脱水干化方法包括自然脱水干化技术和机械脱水干化技术，但是经过脱水后的淤泥还需要进行二次处理，进而提高了工程造价。化学物理混合法就是将上述两种方法综合起来使用的方法。当前，淤泥的资源化利用技术也是一种深受欢迎的处置方法，主要应用领域包括农业领域、土地修复领域、工程建设等领域[7-8]。本文基于正交试验方法利用电石灰这一固体废弃物复合水泥等固化材料对淤泥进行固化试验研究，研究其力学强度等指标，为工程应用提供理论依据和技术支撑。

1 原材料基本性质

1.1 淤泥

试验所用淤泥取自平顶山市新城区应河河道，取土深度为0.1～1 m，已去除表面冲积层。通过颗粒筛分试验发现，粒径小于0.075 mm的土的质量占总土质量的67.63%，可以判断所取土样为细粒土。淤泥土样的塑限和液限分别为19.0%和39.6%，其塑性指数为21，烧失量为3.5%，pH为6～7，属弱酸性。

1.2 复合固化剂

1.2.1 电石灰

化工企业以电石为原料生产乙炔气体，在这个过程中，会产生一些副产品，其中之一就是电石灰。电石与水的化学反应为：

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2

(1)

电石灰颗粒较细，颜色为灰白色。电石灰的主要成分为Ca(OH)2，经过测试其pH值为13～14，可知其呈强碱性。从主要成分上来看，电石灰性质与消石灰相似，空气中的水分会与Ca(OH)2发生反应形成CaCO3。本文所用电石灰来自平顶山市叶县中悦环保园电石灰调配中心。

1.2.2 水泥

本文所用水泥为普通硅酸盐32.5水泥。

2 正交试验设计

正交试验是研究多因素多水平的一种设计方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法[9]。

本文试验原料主要是电石灰、水泥和淤泥三种，每一种材料对其强度都有一定的影响，要想全面得出三种材料对试验结果的影响是非常复杂的，所以本试验采用三因素三水平的正交试验方案。首先根据经验确定电石灰、水泥和淤泥的使用范围，即电石灰剂量分别为4%、8%、12%，水泥剂量分别为2%、5%、8%，剩余成分为淤泥，利用SPSS软件对电石灰、水泥和淤泥三种材料进行正交试验设计，最终确定了9组配合比，具体各种原材料的质量含量见表1。

3 试验结果分析

3.1 最佳含水率与最大干密度试验结果

按照《公路土工试验规程》[10]要求进行复合固化剂固化淤泥土击实试验，得到不同配比条件下的最大干密度和最佳含水率，结果如表1所示。

表1 9组配合比及对应的最佳含水率与最大干密度

3.2 固化淤泥土无侧限抗压强度试验结果及分析

按照表1的最大干密度及最佳含水率制备无侧限抗压强度试件，再进行7 d无侧限抗压强度试验，结果如表2所示。

表2 复合固化淤泥土无侧限抗压强度

由表2可以看出：掺加水泥和电石灰后的固化淤泥土的强度得到了明显提高。

为了进一步分析水泥掺量和电石灰的掺量对固化后淤泥土的强度影响大小，利用SPSS软件采用方差分析法来分析两个因素水泥和电石灰的掺量对混合料7 d无侧限抗压强度的影响程度，得出主体间效应检验和多重比较分析如表3和表4所示。

表3 主体间效应的检验

注：a.R2=0.698(调整R2=0.396)

表4 多重比较分析表

注：基于观测到的均值。

误差项为均值方 =0 .018。

*.均值差值在 0.05 级别上比较显著。

由表3可知：水泥和电石灰掺量的差异性显著的检验值(Sig.)为0.104和0.673，说明这两种因素对复合固化淤泥土的7 d无侧限抗压强度影响为：水泥的影响程度大于电石灰。由表4可知：2%和8%水泥剂量的复合固化剂之间的多重比较分析值为0.051，差异性较为显著。

4 结论

掺加水泥和电石灰后的固化淤泥土的强度得到了明显提高，可以根据具体工程需要选择合适的配比进行淤泥土的固化。使用SPSS软件分别对不同掺量的复合固化淤泥土的7 d无侧限抗压强度进行数据正交分析，水泥的影响程度大于电石灰。2%和8%水泥剂量的复合固化剂固化淤泥土强度的多重比较分析值为0.051，差异性较为显著。