早强剂对淤泥固化土早期强度的影响研究

石宇 汪潇

摘  要：早强剂作为一种常用外加剂，其可以有效加快淤泥固化土的早期固化进程。本文以江苏连云港徐圩的高含水率滩涂淤泥为研究对象，研究在固化剂中单掺及复掺甲酸钙和硫酸钠两种早强剂的情况下，对淤泥固化土早期无侧限抗压强度的影响规律。研究结果表明：（1）在两种早强剂单掺时，均能对淤泥固化土起到明显的早强作用，同时甲酸钙的早强效果优于硫酸钠;（2）两种早强剂复合掺加时能够激发出两者相互间的协同作用，进一步加快淤泥固化土的早期固化进程，当甲酸钙掺量为2%、硫酸钠掺量为1%时，早强效果最好。

关键词：淤泥固化;早强剂复合;早期强度

中图分类号：TU 443  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）03-0000-00

0 引言

随着社会经济的发展，以淤泥、污泥为代表的各种泥状物产量剧增，淤泥的处理及资源化利用已经成为工程界迫切需要解决的問题[1]。在淤泥固化处理过程中，普遍采用的固化材料以普通硅酸盐水泥为主，辅助材料掺有矿渣、粉煤灰、石膏等工业废弃材料。同时对一些新型固化材料的研究也在不断进行，例如新型的磷基固化剂、HAS淤泥固化剂等。

大部分固化淤泥的强度发展较为缓慢，尤其是针对高含水率的淤泥固化，这一问题更为突出，使得固化处理施工周期加长，影响施工工期，延长了固化淤泥堆场的周转效率[2]。王东星等人[3]对基于水泥、石灰、低钙粉煤灰的固化淤泥进行无侧限抗压强度试验和间接抗拉强度试验，得到标准养护360d淤泥固化土的应力-应变关系、破坏强度和应变。丁慧等[4]探讨粉煤灰和工业矿粉固化疏浚淤泥作路基材料的可行性，研究了不同固化剂配比对固化淤泥击实特性水稳定性、承载力和抗剪强度的影响。

早强剂能提高混凝土前期强度，且对后期稳定性影响较小。我国目前应用较多的早强剂主要分为无机盐类、有机物类及复合材料类三大类型[5]。无机盐类主要包括硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐及碳酸盐等;有机物类主要包括甲酸钙、二乙醇胺、三乙醇胺及乙二醇等;复合材料类主要是无机盐类和有机物类复合使用的早强剂。

利用早强型土壤固化剂在高含水率条件下加固土具有施工方便、早期强度发展快，耐久性高等优势，因此可以在水利工程汛期抢险堵漏中推广使用，能够达到快速施工，节约成本，降低劳动强度的目的，具有重要的推广价值和工程意义。

1 实验材料及方法

1.1实验材料

本实验所采用的淤泥取自江苏连云港徐圩滩涂淤泥，淤泥的主要物理指标如表1所示，重塑干土的颗粒组成如表2所示。实验用的淤泥固化剂为江苏坤泽科技股份有限公司自主研发生产的KZJ-H01型粉体固化剂，主要成分为硅酸盐、铝酸盐、二氧化硅、氧化钙等，密度为3.01 g/cm3。实验用的早强剂选取甲酸钙、硫酸钠两种，均为分析纯。

1.2 实验方法

固化剂掺量是按照每立方米淤泥中加入固化剂的质量进行计算，本实验中采用的掺量为80kg/m3，早强剂掺量为固化剂掺量的1～3%，外掺。同时实验采用基本组和对照组，其中基准组的试样不掺加早强剂。对照组一分别外掺1～3%的单组分早强剂，对照组二分别外掺2～3%的双组分复合早强剂，通过测定固化土的3d、7d、28d的无侧限抗压强度，比对分析早强剂单掺及复合时对固化土强度发展的影响。各组实验早强剂掺量如表3所示。

试样制备过程先在淤泥中按比例添加固化剂、早强剂，混合后利用搅拌设备充分搅拌均匀，然后分三层装入直径39.1mm、高度80mm的圆柱体模具中，制成无侧限抗压强度试件，每组制备3组平行试件。制备完成的试件置于恒温恒湿箱（温度20±2 ℃，相对湿度>95%）中，养护1d后脱模，脱模后试件装入密封袋中放入20±2 ℃水中养护至特定龄期进行无侧限抗压强度试验。

无侧限抗压强度试验采用YYW-2型应变控制式无侧限压力仪。试验前需对试件进行预处理，刮平试件上下表面，然后按照GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》[6]进行测试，每组测定3个平行试件，结果取平均值。

2实验结果与分析

2.1单掺早强剂的结果分析

将试件A0、B1～B6共7组固化土试件分别养护至3d、7d、28d后取出，测试试件的无侧限抗压强度，结果如表4所示。

从表4中可以看出，早强剂的引入显著提高了淤泥固化土的早期强度。其中单掺甲酸钙时，掺量在2%时固化土的3d和7d无侧限抗压强度值达到最高，比同龄期基准组试件分别提高了169.3%和146.0%，28d无侧限抗压强度与同龄期基准组试件相近，随着甲酸钙掺量的提高，早期强度反而有所降低，28d强度甚至会发生倒缩。单掺硫酸钠时，掺量在2%时固化土的3d和7d无侧限抗压强度值达到最高，比同龄期基准组试件分别提高了157.3%和127.8%，强度增长幅度低于甲酸钙，同时掺加硫酸钠时，各掺量下的28d强度均产生了不同程度的倒缩，其中掺量为3%时28d的无侧限抗压强度值比基准组试件下降了8.6%。

2.2 复掺早强剂的结果分析

将试件C1～C3共3组固化土试件分别养护至3d、7d、28d后取出，测试试件的无侧限抗压强度，并与基准组A0及单掺早强剂时早强作用最佳的B2进行对比，结果如表5所示。

从表5中可以看出，甲酸钙和硫酸钠2种早强剂复掺后，淤泥固化土的3d和7d强度均高于早强剂单掺时的作用效果。其中当甲酸钙掺量为2%、硫酸钠掺量为1%时，淤泥固化土的3d和7d无侧限抗压强度值达到最高，比同龄期基准组试件分别提高了197.3%和159.5%，比同龄期单掺2%甲酸钙试件分别提高了10.4%和5.5%，同时淤泥固化土的28d无侧限抗压强度值相比于基准组试件未产生倒缩，反而略有提高。由此可见，对不同类型的早强剂进行合理的复合，可以激发出不同早强剂之间的协同作用，进一步提高淤泥固化土的早期强度发展，加速固化进程，同时保证后期强度不发生倒缩。

3 结论

本文采用甲酸钙和硫酸钠早强剂掺入高含水率淤泥固化土中，通过分析比较单掺及复掺早强剂的淤泥固化土早期无侧限抗压强度性能，并进一步研究分析，得到以下结论：

（1）甲酸钙和硫酸钠两种早强剂单掺时对高含水率淤泥固化土的早期固化进程均起到明显的促进作用，并且甲酸钙的早强效果优于硫酸钠。然而当单掺甲酸钙掺量过高时，或者单掺硫酸钠时，固化土的后期强度会产生不同程度的倒缩。

（2）两种早强剂复掺时能够激发出两者相互间的协同作用，进一步加快淤泥固化土的早期固化进程。当甲酸钙掺量为2%、硫酸钠掺量为1%时，淤泥固化土的3d无侧限抗压强度值达到223kPa，7d无侧限抗压强度值能够达到327kPa，与同龄期基准组试件相比分别提高了197.3%和159.5%。

参考文献

[1] 杜衍庆，王新岐.滨海淤泥固化土路用性能试验研究[J].天津建设科技，2019，29（1）：1-5.

[2] 范惜辉，侯志强，甘雅雄，等.早强型固化淤泥的强度发生规律[J].河南科学，2020，38（2）：273-278.

[3] 王东星，徐卫亚.固化淤泥长期强度和变形特性试验研究[J].中南大学学报（自然科学版），2013，44（1）：332-339.

[4] 丁慧，孙秀丽，刘文化，等.固化疏浚淤泥作路基材料工程特性试验研究[J].土木建筑与环境工程，2017，39（2）：11-18.

[5] 谢兴建.混凝土早强剂应用技术研究[J].新型建筑材料，2005（5）：33-35.

[6] 中华人民共和国国家标准.GB/T 50123-2019土工试验方法标准[S].北京：中国计划出版社，2019.

收稿日期：2020-02-03

作者简介：石宇（1989—），男，江苏苏州人，硕士研究生，工程师，研究方向：软土淤泥固化。