摻廢棄鋼渣的水泥土強度特性試驗探討

張洪鵬

摘要：廢棄鋼渣經過一定的加工處理可以二次使用，既能節約資源，又可以減少環境污染，推動地區經濟發展，因此對于開展有關廢棄鋼渣水泥土強度特性試驗具有重要意義。本文主要探討了鋼渣滲入量和抗剪強度的關系、齡期與抗剪強度的關系、正應力和剪切強度的應變關系，通過大量的分析比較得出結論：隨著垂直壓力的增加，其抗剪強度也在提高;隨著齡期時間的增長，破壞的脆性程度也在增加。

關鍵詞：廢棄鋼渣;強度特性;直剪試驗;水泥土

鋼渣是鋼鐵生產過程中不可或缺的一種產品，它和水一樣具有相似的礦物質成分，可以作為二次資源進行再次使用。這些年，許多國家非常重視對鋼渣的研究和利用，基本上實現了需求平衡的狀態。我國對鋼渣的開采利用較晚，利用率目前不超過35%。循環使用廢棄鋼渣不但可以減少水泥的用量，而且可以保護環境，同時可以增加水泥土的強度。在土木工程地基中，可以研究摻廢棄鋼渣的水泥土強度特性，便于加固軟土地基。

對于一般建筑單體，普遍存在相同問題：由于水泥土強度較低，直接造成復合地基承受力不足、后期變大變形。因此有必要研究怎樣才能提高水泥土力學性能。有些學者研究了水泥砂漿固化土的抗拉、抗壓強度，卻很少研究拉剪強度，這樣不利于認識水泥砂漿固化土的強度特性。通過研究摻砂水泥土的抗壓強度，分析在不同齡期、不同摻砂量的條件下，抗壓強度的變化規律，表明在一定條件下的水泥摻量，加入固定數量的砂，可以增強水泥土的強度。本次實驗主要是探討摻廢棄鋼渣的水泥土強度特性以及關于摻廢棄鋼渣加固軟土強度直剪實驗的研究。

一、實驗設備和方法

（一）所需原料

實驗所需43.5級普通硅酸鹽水泥、淤泥質土、普通電鋼渣（必須經1.27mm篩選得到）、普通自來水。下圖是實驗配比表：

（二）實驗辦法

在試驗開始前制作水泥土試塊，應充分考慮到鋼渣、泥土、水泥各種因素的變量，根據一定的比例進行操作。

下面具體描述如何制作試塊：將水泥、烘土干、鋼渣混合攪拌后同時倒入JJ-7型攪拌機，再加入對應份量的水攪勻攪拌20min后，將混合土取出來填入到環刀內，用擊樣器分層擊碎混合土。完成這一系列操作后，送入養護室養護10、17、32小時，一般來說養護溫度為（21±3 ）℃最為適宜，濕度大于90%最為適宜，當養護到了規定的時間后，進行直剪試驗。

二、鋼渣滲入量和抗剪強度的關系

研究抗剪強度時，有必要討論鋼渣滲入量和抗剪強度之間的關系。翻閱部分指數函數圖文資料可發現如下規律：

（一）指數函數擬合8、15天的曲線關系最合適，齡期為30天的鋼渣滲入量和抗剪強度不再符合指數函數的關系，其原因為30天鋼渣水化作用明顯。

（二）當齡期為8天，當鋼滲入量為15%，豎直壓力為220、320、420時，抗剪強度的壓力是最大的。同理，在齡期為15天時也能得到相同結論。

三、齡期與抗剪強度的關系

在物理研究中最常見的一種曲線既是齡期和抗剪強度的變化曲線，反映的是強度隨時間的變化曲線，也就是tf-T曲線，如圖一所示。T即為試樣養護齡期，tf即為試樣剪切抗剪強度，通過研究這種曲線，可以得出如下所示

齡期/T? ?如圖一所示：

（一）分析tf-T曲線，可以找到符合本試驗曲線的結構模型，研究符合何種條件下的抗剪強度最大，便于為試驗的最佳配比提供條件。

（二）當曲線斜率幅度逐漸增強，說明在同等壓力作用下，隨著齡期的增長，其抗剪強度也會增加，隨著養護齡期時間的增加，其整體呈現出一個不斷向上增長的趨勢。結論：在養護試樣期間，水泥土的抗剪強度受鋼渣和水泥的水化作用影響明顯，這

些物質可以增加抗剪強度，曲線斜率呈不斷增長的趨勢。

四、正應力和剪切強度的應變關系

（一）豎向壓力與抗剪強度的關系

通過分析豎向壓力與抗剪強度的曲線圖（如圖二所示）可以發現：在包含純水泥的水泥土摻和一定比例的鋼渣，可以提高水泥土的抗剪強度。鋼渣既能增加試塊強度，又能加固軟土。當養護時間不斷增加時，同等比例的樣品其抗剪強度增加。養護時間越長，鋼渣和水泥的水化反應越強烈，試驗強度也就越高。（二）應力應變曲線

在材料力學中，應力應變曲線是一種最普遍最基礎的圖形。研究這種曲線，有利于分析試件變形和抗剪強度的關系，具體實驗結果如下：當抗剪強度不斷增加，豎直壓力下的應變也不斷增加，當垂直壓力為200kpa時沒有垂直壓力為300kpa變形效果明顯。同理垂直壓力為300kpa變形效果小于垂直壓力為400kpa。當施加的垂直壓力越大，其變形效果越明顯。當垂直壓力達到400kpa后，隨著抗剪強度的加大，其曲線斜率明顯下降，變形幅度反而隨著抗剪強度增加而減弱。圖三所示即為應力應變曲線。

五、結語：

本文主要研究了在水泥土中混入鋼渣，水泥土強度的具體變化。發現混入廢棄鋼渣的水泥土強度的大小受鋼渣含量、抗剪強度、齡期的影響。得出如下結論：隨著豎向壓力的增加，應力應變曲線呈現不斷增長的趨勢。當鋼渣配比為10%、水泥配比20%，抗剪強度最大，摻鋼渣效果最好。

參考文獻：

[1]吳燕開，胡銳，趙位瑩，李巖賓，胡曉士.鋼渣粉固化淤泥質水泥土強度特性試驗研究[J].科學技術與工程，2017，17（15）：306-311.

[2]趙余. 廢棄鋼渣的硅系與復合系激發及其在固化軟土中的應用[D].東南大學，2017.

[3]夏永杰，王麗艷，劉瀚淼.摻廢棄鋼渣的水泥土強度特性試驗研究[J].中外公路，2016，36（05）：243-246.

[4]梁燕. 鋼渣黏土混合料的力學特性試驗研究[D].沈陽建筑大學，2011.

[5]李新明. 鋼渣穩定土的路用性能研究及應用[D].鄭州大學，2010.