粉煤灰與生石灰加固軟土的力學(xué)特性試驗(yàn)研究

盛桂琳 李國政

（1.河南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 開封 475000；2.威海銀河長征風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有限公司，山東 威海 264200）

1 前言

生石灰與粉煤灰樁（簡稱二灰樁）由于價格便易，工藝簡單，廢物利用等優(yōu)點(diǎn)而在許多地基加固工程中得到應(yīng)用[1-3]。二灰加固軟土地基這一特殊的加固方法，既有物理加固作用即擠密和和置換以及吸水作用，又有化學(xué)加固作用即生石灰和粉煤灰與土體發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，帶來樁體周圍土體的微觀結(jié)構(gòu)變化。人們早已從理論上認(rèn)識到粉煤灰摻加石灰可作為膠凝材料去加固土，并進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，由于作為膠凝材料強(qiáng)度太低未引起人們足夠的重視。但隨粉煤灰引起的環(huán)境問題日益惡化和粉煤灰在建材中應(yīng)用后對節(jié)約能源、資源的積極作用，以及粉煤灰建材資源化觀點(diǎn)為更多人所接受，粉煤灰摻加石灰作為激發(fā)粉煤灰活性去加固土的意義越來越大，對這進(jìn)行深入的研究不僅有比較重要的理論意義，也有非常廣泛的應(yīng)用前景。

2 試樣制備和試驗(yàn)方法

本文的試驗(yàn)材料，土采用開封地表的黃土，其物理性能指標(biāo)見表1；粉煤灰選取Ⅱ級磨細(xì)粉；生石灰選取的市售的塊狀生石灰，它的化學(xué)成分是鈣質(zhì)生石灰粉，經(jīng)過研磨加工成生石灰粉末，達(dá)到一級分級標(biāo)準(zhǔn)。試塊采用標(biāo)準(zhǔn)70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試塊。試樣根據(jù)不同配合比共分為5組，這五組實(shí)驗(yàn)的相同點(diǎn)是相同條件，灰量、土量、水量都相同。不同點(diǎn)是五組中生石灰和粉煤灰的在灰量比例不一樣。從A1到A5，生石灰量依次遞減，粉煤灰量依次遞增。詳見表2。每組試塊都采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、14d、28d后，本試驗(yàn)采用WEW-600C型微機(jī)液壓萬能試驗(yàn)機(jī)測其抗壓強(qiáng)度和位移。

表1 土的物理性能指標(biāo)

每組試樣的抗壓強(qiáng)度取值方式，以三組實(shí)驗(yàn)算術(shù)平均值作為該組試塊的抗壓強(qiáng)度值。（三個試塊中的最大值和最小值中，如有一個與中間值的差異超過中間值的15%，則把最大及最小值一并舍去，取中間值作為該組試塊的抗壓強(qiáng)度值。如最大、最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試塊的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無效。）

表2 試樣不同配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同齡期各組試樣的抗壓強(qiáng)度

表3 不同齡期各組試樣的抗壓強(qiáng)度

表3為不同齡期各組試樣的立方體抗壓強(qiáng)度，從表中數(shù)據(jù)可以看出：無論是什么樣的配合比，試樣都是隨著齡期的增加抗壓強(qiáng)度逐步增加的；同種齡期下，隨著生石灰參量的減少，粉煤灰參量的增加，試樣抗壓強(qiáng)度是逐漸減小的，當(dāng)只有粉煤灰而無生石灰時，抗壓強(qiáng)度最小；隨著生石灰粉摻量的加大，粘聚力值提高的幅度也大。在粉煤灰中加入10%～20%的生石灰料即可顯著提高其抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)填料（粉煤灰）的整體性及穩(wěn)定性。這是因?yàn)椋簭睦碚撋现v生石灰吸水后，CaO消化成Ca(OH)2，體積可增加1倍左右。因此生石灰加固土的成孔擠密和吸水膨脹機(jī)密作用是造成土體中特大孔隙和大孔隙減少的主要原因[4]。

3.2 不同齡期的荷載與位移

本文還進(jìn)行了一組單參水泥和用粉煤灰和生石灰代替水泥的對比試驗(yàn)，在總摻入比一定的情況下，當(dāng)粉煤灰取代水泥后，試樣的抗壓強(qiáng)度有所下降，而且隨著粉煤灰的增加，抗壓強(qiáng)度值下降越多。從圖1對純水泥摻入時的立方體試塊應(yīng)力應(yīng)變曲線相比可知，在曲線達(dá)到峰值以前其與純水泥土試塊的形態(tài)相類似。但在通過峰值以后,由于粉煤灰的摻入使應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段變陡,這說明粉煤灰的摻入有使材料向脆性發(fā)展的趨勢。

圖1 單參水泥與雙灰荷載位移曲線

圖2 7天齡期荷載位移曲線

圖3 14天齡期荷載位移曲線

圖4 28天齡期荷載位移曲線

通過圖2、圖3，圖4，分析不同齡期試樣的荷載-位移曲線，可以得出以下結(jié)論：（1）密實(shí)度較高的雙灰拌合物試件，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線均有峰值。(2)齡期較短的雙灰拌合物試件應(yīng)力—應(yīng)變曲線上，峰值強(qiáng)度所對應(yīng)的軸向應(yīng)變值較大，試件破壞后的殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度較接近。(3)齡期較長的雙灰拌合物試件，其峰值強(qiáng)度所對應(yīng)的軸向應(yīng)變較小，試件破壞后的殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度相差較大

4 結(jié)語

通過對不同配合比的粉煤灰和生石灰試樣的試驗(yàn)研究，可得出如下結(jié)論：（1）試塊的抗壓強(qiáng)度隨著壓板的位移而均勻的增加，直到達(dá)到峰值，試塊破壞。（2）隨著粉煤灰摻量的減少和生石灰摻量的增加，而其抗壓強(qiáng)度也在減少。由此可以分析出，在適當(dāng)比例下，減少粉煤灰的量，增加生石灰的量，粉煤灰和生石灰由于加固原理，使得試塊強(qiáng)度可以增加。（3）當(dāng)粉煤灰摻量為最大，而生石灰摻量為0時，強(qiáng)度有了較大的降低。（4）隨著齡期的增長，抗壓強(qiáng)度逐步增加。

[1]周麗萍，申向東等，外參劑對水泥土改性效果的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2009，39（7）：74-78

[2]范曉秋，洪寶寧，胡昕，等.水泥砂漿固化土物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30(4):605-610.

[3]張明，白曉紅.粉煤灰在深層攪拌樁中的應(yīng)用【J】。太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，32（1），78-80

[4]王梅，白曉紅等，生石灰與粉煤灰樁加固軟土地基的微觀分析【J】。 巖土力學(xué)，2001，22(3).