建筑垃圾渣土試驗(yàn)結(jié)果分析

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯建筑垃圾渣土試驗(yàn)結(jié)果分析 目前，我國(guó)正處于基礎(chǔ)設(shè)施大量建設(shè)時(shí)期，城建項(xiàng)目、舊城改造和軌道交通等工程進(jìn)展產(chǎn)生的大量渣土，作為固體廢棄物嚴(yán)重制約著城市發(fā)展。據(jù)估計(jì)，目前我國(guó)城市建筑渣土的堆積量達(dá)到100億t，且以每年3億t的速度增長(zhǎng)；而礦山資源保護(hù)力度逐年增大，工程建設(shè)所需建材存在缺口，尤其是用量較大的路基材料，以固化渣土替代傳統(tǒng)道路填筑材料成為解決建材原料供需緊張的有效途徑。土壤固化是指在土壤中添加一定量的增強(qiáng)土壤粘結(jié)性，改善土體工程技術(shù)性能的固化材料。按材料種類(lèi)劃分，土壤固化材料分為無(wú)機(jī)固化劑、有機(jī)固化劑和離子類(lèi)固化劑，其中無(wú)機(jī)固化劑主要為水泥、石灰、粉煤灰

2、、礦渣等無(wú)機(jī)結(jié)合料，通過(guò)自身反應(yīng)生成的膠凝材料形成穩(wěn)定密實(shí)的結(jié)構(gòu)1；有機(jī)固化劑通過(guò)包裹土壤顆粒，增強(qiáng)土壤表面吸附力使顆粒聚集固化2；離子類(lèi)固化劑具有較高的電荷強(qiáng)度，解離出的陽(yáng)離子置換出土壤顆粒中的陽(yáng)離子后可降低土體之間的相互排斥力，在壓實(shí)功的作用下使固化土體達(dá)到一定強(qiáng)度3,4。目前我國(guó)路基填料固化土多采用水泥、石灰等無(wú)機(jī)固化劑，但無(wú)機(jī)固化土體存在多種問(wèn)題，如水泥固化土體存在收縮大、易開(kāi)裂問(wèn)題，石灰固化土體存在早期強(qiáng)度低、強(qiáng)度增長(zhǎng)慢、水穩(wěn)定差等缺點(diǎn)。因此，以離子固化劑增強(qiáng)無(wú)機(jī)固化的方式，分析不同固化材料摻量、渣土顆粒組成對(duì)固化土性能的影響規(guī)律，提供一系列滿(mǎn)足工程需求的配合比，尋求經(jīng)濟(jì)效益最佳方案

3、，為路基填料用固化土的工程應(yīng)用提供依據(jù)。 1原材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì) 1.1原材料 1.1.1水泥試驗(yàn)采用北京金隅琉水環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標(biāo)如表1所示。1.1.2石灰試驗(yàn)所用石灰有效鈣鎂含量為60%，其中大于0.3mm顆粒含量為0.3%。1.1.3渣土試驗(yàn)所采用渣土為首鋼資源綜合利用科技開(kāi)發(fā)有限公司建筑垃圾處理線(xiàn)篩余渣土，渣土中4.75mm以上顆粒占比23.1%，4.75mm以下顆粒占比76.9%（篩分結(jié)果見(jiàn)表2），4.75mm以上顆粒壓碎值為17.1。為提高固化土強(qiáng)度，需保證一定量的粗骨料含量，本試驗(yàn)所用渣土控制4.75mm以上顆粒含量為755%。依據(jù)GB

4、500072011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，試驗(yàn)所用渣土的塑性指數(shù)屬粉質(zhì)粘土類(lèi)（塑性指數(shù)10IP17），液塑限試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。1.1.4固化劑試驗(yàn)所用固化劑為美國(guó)貝塞爾固化劑，棕色，液態(tài)、離子型固化劑。 1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 固化土基本性能試驗(yàn)選定離子類(lèi)固化劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng)固化劑）的摻量和水泥、石灰、渣土的比例。在渣土顆粒級(jí)配的3種影響因素中，固化劑摻量對(duì)固化土性能的影響選用單因素研究法，固化劑摻量分別為0，0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%,0.06%，以外摻方式添加，水泥、石灰、渣土摻量及渣土顆粒級(jí)配對(duì)固化土性能的影響以三角等焓圖方法設(shè)計(jì)配合比。三角等焓圖指三角等值線(xiàn)圖類(lèi)似地形的

5、等高線(xiàn)圖，可用于觀(guān)察某性能指標(biāo)的最高值區(qū)域和最低值區(qū)域。三角等焓圖的設(shè)計(jì)原則為三種因素之和為100%，圖1研究了水泥、石灰、渣土摻量對(duì)固化土7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，水泥的含量從0到8%，石灰的摻量從0增加到8%，渣土的摻量從92%增加到100%。三角等焓圖坐標(biāo)的讀取方法為平行線(xiàn)法，以G點(diǎn)為例，按圖中箭頭方向作三角形三邊的平行線(xiàn)，平行線(xiàn)與“渣土摻量（%）”坐標(biāo)線(xiàn)的交點(diǎn)即為渣土的摻量94%，平行線(xiàn)與“水泥摻量（%）”坐標(biāo)線(xiàn)的交點(diǎn)即為水泥的摻量2%，平行線(xiàn)與“石灰摻量（%）”坐標(biāo)線(xiàn)的交點(diǎn)即為石灰的摻量4%，三者之加和為100%。右側(cè)為抗壓強(qiáng)度標(biāo)簽值，三角等焓圖內(nèi)的各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的顏色即為不同配比下凈漿

6、的強(qiáng)度。 2試驗(yàn)結(jié)果分析 2.1固化劑摻量對(duì)固化土性能的影響 為探討離子固化劑摻量對(duì)固化土性能的影響，試驗(yàn)研究了水泥渣土為496時(shí)，不同固化劑摻量對(duì)7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗凍性能的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。從試驗(yàn)結(jié)果可看出，隨離子固化劑摻量增加，固化土的7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；隨離子固化劑摻量增加，固化土抗凍性能增強(qiáng)。貝塞爾土壤固化劑通過(guò)改變土壤顆粒表面電荷的特性，降低了土壤顆粒間的排斥力，使土壤中的含水量達(dá)到穩(wěn)定平衡，同時(shí)形成結(jié)晶鹽，進(jìn)而增強(qiáng)了土體的密實(shí)度，提高了強(qiáng)度和抗凍性?？紤]到固化土應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，建議固化劑摻量在0.02%左右。 2.2配合比參數(shù)對(duì)固化土性能的影響 固定離

7、子固化劑摻量為0.02%，以三角等焓圖為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不同水泥、石灰、渣土的比例，研究三者摻量對(duì)固化土7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗凍性能的影響規(guī)律。在圖4和圖5中，沿A-B-C-D-E方向，在石灰摻量不變、水泥摻量增加的同時(shí)減少渣土摻量，可以看出隨水泥摻量增加，固化土的7d和28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯提高，F(xiàn)-G-H-I,J-K-L,M-N方向同理；沿O-N-L-I-E方向，在渣土摻量不變、水泥摻量增加的同時(shí)減少石灰摻量，可以看出固化土的7d和28d強(qiáng)度隨水泥摻量增加而提高，M-K-H-D,J-G-C,F-B方向同理；沿A-F-J-M-O方向，在水泥摻量不變、石灰摻量增加的同時(shí)減少渣土摻量，可以看出隨石灰摻

8、量增加，固化土7d強(qiáng)度無(wú)明顯變化，28d強(qiáng)度略有提高。石灰固化渣土存在早期強(qiáng)度低、強(qiáng)度發(fā)展緩慢的問(wèn)題；而沿著B(niǎo)-G-K-N、C-H-L、D-I方向，即有一定水泥摻加量后，固化土強(qiáng)度較高時(shí)在試驗(yàn)齡期內(nèi)石灰摻量增加對(duì)固化土強(qiáng)度的影響有限。從圖4和圖5中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在三角等焓圖上的分布特征可看出，等高線(xiàn)梯度方向與水泥摻量增加方向一致，表明水泥是增強(qiáng)固化土強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。在工程應(yīng)用中，按工程設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，可依此三角等焓圖找到相應(yīng)的配合比，同時(shí)找到經(jīng)濟(jì)性最佳方案。不同水泥、石灰、渣土摻量下固化土的28d殘留抗壓強(qiáng)度比如圖6所示，從圖6可看出，與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度趨勢(shì)相似，隨水泥用量增加固化土的抗凍性能增強(qiáng)

9、；隨石灰用量增加，固化土的抗凍性能略有增強(qiáng)。水泥、石灰水化生成硅酸鈣、鋁酸鈣及鐵酸鈣等膠凝材料，同時(shí)水化產(chǎn)物與土壤中的活性成分反應(yīng)生成膠凝材料，使土體密實(shí)度增加，一方面提高了耐水性；另一方面提高了抵抗水分結(jié)冰膨脹的壓力，進(jìn)而提高了抗凍性。 2.3渣土級(jí)配對(duì)固化土力學(xué)性能的影響 建筑渣土是現(xiàn)代城市建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，產(chǎn)生于城市的新建、改擴(kuò)建和拆除等施工過(guò)程，例如城建項(xiàng)目地基管溝開(kāi)挖、舊城改造和軌道交通盾構(gòu)等，因地質(zhì)、施工條件差異，渣土的成分較復(fù)雜，本試驗(yàn)選用的渣土為建筑垃圾資源化處理線(xiàn)分選出的渣土，含部分砂石骨料。試驗(yàn)選用離子固化劑摻量為0.02%，水泥摻量為4%，渣土摻量為96%，以三

10、角等焓圖為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)渣土中05mm,510mm,1025mm顆粒比例，研究渣土顆粒級(jí)配對(duì)固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗凍性能的影響規(guī)律。圖7、圖8可以看出，與水泥、石灰、渣土摻量對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律不同，渣土顆粒級(jí)配存在合理區(qū)間，A點(diǎn)（05mm）（510mm）（1025mm）=40%20%40%和K點(diǎn)（05mm）（510mm）（1025mm）=50%40%10%固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高。渣土中粗骨料自身具有較高的強(qiáng)度，粗骨料的摻加有利于提高固化土強(qiáng)度，但當(dāng)渣土中粗骨料較多時(shí)，存在的空隙也較多，細(xì)顆粒不能完全填充空隙使得整體強(qiáng)度降低，因此合理的顆粒級(jí)配有利于提高固化土的強(qiáng)度5。在三角等焓圖上的分

11、布特征，與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分布特征相似，顆粒級(jí)配對(duì)固化土抗凍性對(duì)的影響存在最佳區(qū)間。結(jié)合抗壓強(qiáng)度及殘留抗壓強(qiáng)度比特征分布圖分析，渣土中顆粒級(jí)配最佳方案為（05mm）（510mm）（1025mm）=40%20%40%或50%40%10%。 3結(jié)論 （1）固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗凍性隨離子類(lèi)固化劑摻量的增加而提高，離子固化劑通過(guò)改變顆粒表面電荷增強(qiáng)顆粒間的粘聚性，綜合考量固化土性能及經(jīng)濟(jì)成本，建議固化劑摻量為0.02%。（2）離子類(lèi)固化劑摻量一定時(shí)，固化土無(wú)測(cè)限抗壓強(qiáng)度及殘留抗壓強(qiáng)度在三角等焓圖上的等高線(xiàn)梯度方向與水泥摻量增加方向一致，表明水泥對(duì)固化土強(qiáng)度及抗凍性的提升效果起主要作用，三角等焓圖給出了一系列配合比時(shí)固化土的強(qiáng)度，可根