复合固化材料固化淤泥间接抗拉强度试验研究

侯毓山 王讲正

摘 要：选取典型的河道淤泥作为研究对象，以不同配比的水泥和生石灰作为固化剂，对固化淤泥土进行击实试验和间接抗拉试验，通过统计产品与服务解决方案（Statistical Product and Service Solutions，SPSS）正交设计分析软件来探究固化剂配比变化对淤泥强度性能的影响。数据结果表明，含8%（全文均指质量比）水泥和12%生石灰的固化淤泥土的7 d无侧限抗压强度的代表值为0.9 MPa;在水泥含量保持不变的条件下，随着石灰含量的增加，28 d无侧限抗压强度没有明显增加。可见，固化淤泥土的无侧限抗压强度受水泥含量影响最大，即水泥含量越大，固化淤泥土的7 d和28 d无侧限抗压强度越大。

关键词：水泥;石灰;淤泥;无侧限抗压强度;正交试验;统计产品与服务解决方案（SPSS）软件

中图分类号：TU447文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）17-0077-03

Study on Unconfined Compressive Strength of Solidified Silt by

Composite Solidified Materials

HOU Yushan WANG Jiangzheng

（Xinjiang Beixin Road and Bridge Group Co.， Ltd.， Urumq Xinjiang 830002）

Abstract： Typical river silt was selected， and different amounts of cement and quicklime were used as curing agents to conduct compaction test and unconfined compressive strength test on the solidified silt. The influence of its changes on the strength and performance of silt was investigated by SPSS orthogonal design analysis software. The results showed that the representative value of unconfined compressive strength of the solidified soil with 8% cement dose and 12% lime dose was 0.9MPa in 7 days. Moreover， with the same cement dose， the increase of lateral compressive strength in 28 days was not obvious with the increase of lime dose. Cement has the greatest influence on the non-lateral compressive strength of the cured soil， that is， the higher the cement content， the stronger the strength of the cured soil in 7 days and 28 days.

Keywords： cement;lime;sludge;unconfined compressive strength;orthogonal test;Statistical Product and Service Solutions（SPSS） software

我国航道、港口的工程建设和内陆河湖清理等工作都会产生大量的淤泥。但是，我国淤泥大多采用绞吸式的疏浚方式。疏浚淤泥通常存在含水率较高、黏粒含量较高、强度较低以及渗透性较差等缺点[1]，很难应用于实际工程，往往只能进行堆场储淤或外海抛淤等处理。这样的处理方式一方面增加了工程成本，占用了大量的土地;另一方面，由于淤泥中含有一定的污染物，还会对周围环境造成污染。因此，如何处理疏浚淤泥，合理实现疏浚淤泥的经济化利用，成为国内外研究的一大热点[2-4]。目前，国内外很多研究在处理疏浚淤泥时主要采用化学处理法、物理处理法以及热处理法3类方法。化学处理法是向淤泥中添加固化材料，通过混合搅拌后改变淤泥的物理结构及物理特性，使其成为良好的工程用土，能够运用于实际工程。该工艺操作简单，成本也不高[5-10]。因此，本文选取典型的河道淤泥作为研究对象，以不同配比的水泥和生石灰作为固化剂，对固化淤泥土进行击实试验、间接抗拉强度试验，并通过统计产品与服务解决方案（Statistical Product and Service Solutions，SPSS）正交設计分析软件来探究固化剂配比变化对淤泥强度性能的影响。

1 配合比设计及击实试验

本文采用化学处理法对典型的河道淤泥进行固化，固化用到的原料为水泥和生石灰。每一种固化剂对淤泥的强度都会产生不同的影响。研究表明，使用生石灰与水泥作为固化剂时，生石灰含量超过一定比例后，固化淤泥土的抗压强度不仅不再增加，而且会呈下降趋势，即生石灰的掺入量并不是越高越好。结合具体情况，参照已有的试验结果[6]，试验水泥含量分别取2%、5%和8%，生石灰含量分别取4%、8%和12%，混入淤泥，形成成分比例不同的固化淤泥土。利用SPSS软件对水泥、生石灰和淤泥这3种材料进行正交试验设计，再利用重型击实方法对上述材料进行击实试验[11]，计算得到固化淤泥土的最大干密度和最佳含水率，如表1所示。

2 试件制备及养生

按照《公路工程无机结合料穩定材料试验规程》（JTG E51—2009）[12]的规定要求制备试件。试件均为直径×高（50 mm×50 mm）的圆柱形无侧限抗压强度试件，并进行恒温恒湿养生，养生温度控制在20 ℃±2 ℃，湿度控制在95%以上。

3 无侧限抗压强度的试验结果及分析

间接抗拉强度试验也就是劈裂试验[12]，试验过程同无侧限抗压强度试验过程相同，只是需要采用特殊的专用夹具来完成。夹具压条的弧面半径为25 mm，宽为6.35 mm。试验夹具及试件实际情况如图1所示。

4 劈裂强度试验的结果及分析

4.1 劈裂强度计算

劈裂强度按式（1）计算：

式中：[Ri]为固化淤泥土试样的劈裂强度，MPa;[P]为固化淤泥土试样破坏时的最大压力，N;[a]为压条的宽度，mm;[h]为固化淤泥土试样的高度，mm;[α]为半压条宽对应的圆心角，°;[d]为固化淤泥土试样的直径，mm。

经计算，得到不同配合比固化淤泥土试样的7 d、28 d劈裂强度，如表2所示。由表2可知，使用水泥和石灰进行固化能够增强淤泥土的劈裂强度;水泥含量为8%和生石灰含量为8%的固化淤泥土的7 d和28 d劈裂强度（0.10 MPa和0.12 MPa）分别是水泥含量为2%和生石灰含量为4%的劈裂强度（0.04 MPa和0.07 MPa）的2.50倍和1.71倍;当生石灰含量保持不变时，随着水泥含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂强度逐渐加大;当水泥含量保持不变时，随着生石灰含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂强度变化幅度不大，且无明显规律。

4.2 劈裂强度正交分析

使用SPSS正交设计分析软件，采用方差分析的方法，研究水泥和生石灰的不同含量对固化淤泥土7 d、28 d劈裂强度的影响程度，得出其主体间效应检验结果，如表3和表4所示。

由表3可知，水泥含量的显著性检验值为3.0×10-3，小于5.0×10-3，说明水泥含量对7 d劈裂强度有明显影响;而生石灰含量的显著性检验值为8.7×10-1，大于5.0×10-3，说明生石灰对7 d劈裂强度影响不大。

由表4可知，水泥含量的显著性检验值为4.0×10-3，小于5.0×10-3，说明水泥掺量对28 d劈裂强度有明显影响;而生石灰掺量的显著性检验值为8.7×10-1，大于5.0×10-3，说明生石灰对28 d劈裂强度影响不大。

为了分析水泥含量分别取2%、5%和8%时的差异关系，分别对其进行7 d、28 d多重比较分析，如表5和表6所示。

由表5可以看出，2%与8%水泥含量之间、2%与5%水泥含量之间和5%与8%水泥含量之间的显著性检验值分别为1.0×10-3、2.1×10-2和1.0×10-2，都小于5.0×10-3，说明其差异非常显著，而2%与8%水泥之间的差异最显著。

由表6可以看出，2%的水泥含量与5%的水泥含量的显著性值为5.0×10-3，说明2%与5%水泥掺量之间差异有一定影响;2%与8%水泥含量之间和5%与8%水泥含量之间的显著性值分别为2.0×10-3和1.0×10-2，均小于5.0×10-3，说明其差异非常显著，其中2%与8%水泥的影响最显著。

5 结论

通过击实试验得出的复合固化剂固化淤泥土的最大干密度和最佳含水率来制备劈裂强度试验的试件并进行劈裂试验，运用SPSS正交设计分析软件进行数据分析，确定影响其劈裂强度的影响因素，得出以下结论。使用水泥和石灰作为固化剂能够增强淤泥的劈裂强度，水泥含量为8%和生石灰含量为8%的固化淤泥土的7 d和28 d劈裂强度分别是水泥含量为2%和生石灰含量为4%的劈裂强度的2.50倍和1.71倍;当生石灰含量不变时，随着水泥含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂强度逐渐增大;当水泥含量不变时，随着生石灰剂量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂强度变化幅度不大，且无明显规律;通过对3种不同水泥含量（2%、5%和8%）的固化淤泥土试件进行对比分析，2%与8%水泥含量对其7 d和28 d劈裂强度影响差异最显著。

参考文献：

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