復合固化材料固化淤泥間接抗拉強度試驗研究

侯毓山 王講正

摘 要：選取典型的河道淤泥作為研究對象，以不同配比的水泥和生石灰作為固化劑，對固化淤泥土進行擊實試驗和間接抗拉試驗，通過統計產品與服務解決方案（Statistical Product and Service Solutions，SPSS）正交設計分析軟件來探究固化劑配比變化對淤泥強度性能的影響。數據結果表明，含8%（全文均指質量比）水泥和12%生石灰的固化淤泥土的7 d無側限抗壓強度的代表值為0.9 MPa;在水泥含量保持不變的條件下，隨著石灰含量的增加，28 d無側限抗壓強度沒有明顯增加?？梢姡袒倌嗤恋臒o側限抗壓強度受水泥含量影響最大，即水泥含量越大，固化淤泥土的7 d和28 d無側限抗壓強度越大。

關鍵詞：水泥;石灰;淤泥;無側限抗壓強度;正交試驗;統計產品與服務解決方案（SPSS）軟件

中圖分類號：TU447文獻標識碼：A文章編號：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

我國航道、港口的工程建設和內陸河湖清理等工作都會產生大量的淤泥。但是，我國淤泥大多采用絞吸式的疏浚方式。疏浚淤泥通常存在含水率較高、黏粒含量較高、強度較低以及滲透性較差等缺點[1]，很難應用于實際工程，往往只能進行堆場儲淤或外海拋淤等處理。這樣的處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，還會對周圍環境造成污染。因此，如何處理疏浚淤泥，合理實現疏浚淤泥的經濟化利用，成為國內外研究的一大熱點[2-4]。目前，國內外很多研究在處理疏浚淤泥時主要采用化學處理法、物理處理法以及熱處理法3類方法?；瘜W處理法是向淤泥中添加固化材料，通過混合攪拌后改變淤泥的物理結構及物理特性，使其成為良好的工程用土，能夠運用于實際工程。該工藝操作簡單，成本也不高[5-10]。因此，本文選取典型的河道淤泥作為研究對象，以不同配比的水泥和生石灰作為固化劑，對固化淤泥土進行擊實試驗、間接抗拉強度試驗，并通過統計產品與服務解決方案（Statistical Product and Service Solutions，SPSS）正交設計分析軟件來探究固化劑配比變化對淤泥強度性能的影響。

1 配合比設計及擊實試驗

本文采用化學處理法對典型的河道淤泥進行固化，固化用到的原料為水泥和生石灰。每一種固化劑對淤泥的強度都會產生不同的影響。研究表明，使用生石灰與水泥作為固化劑時，生石灰含量超過一定比例后，固化淤泥土的抗壓強度不僅不再增加，而且會呈下降趨勢，即生石灰的摻入量并不是越高越好。結合具體情況，參照已有的試驗結果[6]，試驗水泥含量分別取2%、5%和8%，生石灰含量分別取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軟件對水泥、生石灰和淤泥這3種材料進行正交試驗設計，再利用重型擊實方法對上述材料進行擊實試驗[11]，計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 試件制備及養生

按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51—2009）[12]的規定要求制備試件。試件均為直徑×高（50 mm×50 mm）的圓柱形無側限抗壓強度試件，并進行恒溫恒濕養生，養生溫度控制在20 ℃±2 ℃，濕度控制在95%以上。

3 無側限抗壓強度的試驗結果及分析

間接抗拉強度試驗也就是劈裂試驗[12]，試驗過程同無側限抗壓強度試驗過程相同，只是需要采用特殊的專用夾具來完成。夾具壓條的弧面半徑為25 mm，寬為6.35 mm。試驗夾具及試件實際情況如圖1所示。

4 劈裂強度試驗的結果及分析

4.1 劈裂強度計算

劈裂強度按式（1）計算：

式中：[Ri]為固化淤泥土試樣的劈裂強度，MPa;[P]為固化淤泥土試樣破壞時的最大壓力，N;[a]為壓條的寬度，mm;[h]為固化淤泥土試樣的高度，mm;[α]為半壓條寬對應的圓心角，°;[d]為固化淤泥土試樣的直徑，mm。

經計算，得到不同配合比固化淤泥土試樣的7 d、28 d劈裂強度，如表2所示。由表2可知，使用水泥和石灰進行固化能夠增強淤泥土的劈裂強度;水泥含量為8%和生石灰含量為8%的固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強度（0.10 MPa和0.12 MPa）分別是水泥含量為2%和生石灰含量為4%的劈裂強度（0.04 MPa和0.07 MPa）的2.50倍和1.71倍;當生石灰含量保持不變時，隨著水泥含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強度逐漸加大;當水泥含量保持不變時，隨著生石灰含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強度變化幅度不大，且無明顯規律。

4.2 劈裂強度正交分析

使用SPSS正交設計分析軟件，采用方差分析的方法，研究水泥和生石灰的不同含量對固化淤泥土7 d、28 d劈裂強度的影響程度，得出其主體間效應檢驗結果，如表3和表4所示。

由表3可知，水泥含量的顯著性檢驗值為3.0×10-3，小于5.0×10-3，說明水泥含量對7 d劈裂強度有明顯影響;而生石灰含量的顯著性檢驗值為8.7×10-1，大于5.0×10-3，說明生石灰對7 d劈裂強度影響不大。

由表4可知，水泥含量的顯著性檢驗值為4.0×10-3，小于5.0×10-3，說明水泥摻量對28 d劈裂強度有明顯影響;而生石灰摻量的顯著性檢驗值為8.7×10-1，大于5.0×10-3，說明生石灰對28 d劈裂強度影響不大。

為了分析水泥含量分別取2%、5%和8%時的差異關系，分別對其進行7 d、28 d多重比較分析，如表5和表6所示。

由表5可以看出，2%與8%水泥含量之間、2%與5%水泥含量之間和5%與8%水泥含量之間的顯著性檢驗值分別為1.0×10-3、2.1×10-2和1.0×10-2，都小于5.0×10-3，說明其差異非常顯著，而2%與8%水泥之間的差異最顯著。

由表6可以看出，2%的水泥含量與5%的水泥含量的顯著性值為5.0×10-3，說明2%與5%水泥摻量之間差異有一定影響;2%與8%水泥含量之間和5%與8%水泥含量之間的顯著性值分別為2.0×10-3和1.0×10-2，均小于5.0×10-3，說明其差異非常顯著，其中2%與8%水泥的影響最顯著。

5 結論

通過擊實試驗得出的復合固化劑固化淤泥土的最大干密度和最佳含水率來制備劈裂強度試驗的試件并進行劈裂試驗，運用SPSS正交設計分析軟件進行數據分析，確定影響其劈裂強度的影響因素，得出以下結論。使用水泥和石灰作為固化劑能夠增強淤泥的劈裂強度，水泥含量為8%和生石灰含量為8%的固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強度分別是水泥含量為2%和生石灰含量為4%的劈裂強度的2.50倍和1.71倍;當生石灰含量不變時，隨著水泥含量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強度逐漸增大;當水泥含量不變時，隨著生石灰劑量的增加，固化淤泥土的7 d和28 d劈裂強度變化幅度不大，且無明顯規律;通過對3種不同水泥含量（2%、5%和8%）的固化淤泥土試件進行對比分析，2%與8%水泥含量對其7 d和28 d劈裂強度影響差異最顯著。

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