生石灰固化温州淤泥的物理力学性质研究_邵吉成.pdf
《生石灰固化温州淤泥的物理力学性质研究_邵吉成.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生石灰固化温州淤泥的物理力学性质研究_邵吉成.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、书书书Journal of Engineering Geology工程地质学报10049665/2023/31(2)-0421-11邵吉成,袁波,骆嘉成,等 2023 生石灰固化温州淤泥的物理力学性质研究J 工程地质学报,31(2):421431 doi:1013544/jcnkijeg2020583Shao Jicheng,Yuan Bo,Luo Jiacheng,et al 2023 Physical and mechanical properties of sludge in Wenzhou solidified by quicklimeJ Journal ofEngineering G
2、eology,31(2):421431 doi:1013544/jcnkijeg2020583生石灰固化温州淤泥的物理力学性质研究*邵吉成袁波骆嘉成陈和平林丙嘉(浙江华坤地质发展有限公司,温州 325006,中国)(温州市地质资源与生态环境重点实验室,温州 325006,中国)摘要为替代温州地下开挖淤泥的填埋处理模式,探究生石灰对温州淤泥的固化效果,并为工程上采用生石灰对温州淤泥的固化提供直接的参考数据,在室内展开对温州淤泥的固化研究,主要探究生石灰对淤泥各项物性指标的影响;并在现场对温州淤泥进行固化研究,采用单桥静力触探试验和平板荷载试验检测固化淤泥承载力。室内试验表明,生石灰的添加对温州淤
3、泥的多项物性指标产生影响,淤泥的工程、力学性质得到改善,当生石灰掺量为 4%,固化淤泥的无侧限抗压强度可达116 kPa。现场静力触探试验表明,生石灰对温州淤泥固化效果明显,当生石灰掺量为 1%5%时,固化淤泥的比贯入阻力平均值为 0.4390.773 MPa;通过现场平板荷载试验可知,生石灰掺量为 1%5%时,固化淤泥的承载力特征值为 126330 kPa。工程上采用生石灰固化温州淤泥,其承载力特征值可通过本研究的线性方程进行预测。关键词淤泥;固化;物性指标;现场原位固化;资源化利用中图分类号:TU411文献标识码:Adoi:1013544/jcnkijeg2020583*收稿日期:2020
4、1030;修回日期:20210415基金项目:温州市基础性科研项目(资助号:S2020024)This research is supported by the Basic Scientific esearch Project of Wenzhou City(Grant No S2020024)第一作者简介:邵吉成(1992),男,硕士,工程师,主要从事软基处理、环境岩土工程等领域的研究和应用 E-mail:shaojicheng2021126com通讯作者简介:袁波(1970),男,学士,高级工程师,主要从事探矿工程及软基处理 E-mail:dzyb2851126comPHYSICAL AN
5、D MECHANICAL POPETIES OF SLUDGE IN WENZHOUSOLIDIFIED BY QUICKLIMESHAO JichengYUAN BoLUO JiachengCHEN HepingLIN Bingjia(Zhejiang Huakun Geological Development Co,Ltd,Wenzhou 325006,China)(Wenzhou Key Laboratory of Geological esources and Ecological Environment,Wenzhou 325006,China)AbstractIn order to
6、 replace the landfill treatment mode of underground excavated sludge in Wenzhou,the solidi-fied effect of quicklime on the sludge is explored The solidified effect of quicklime on sludge in Wenzhou is provid-ed with direct reference data for engineering The solidification research of the sludge in W
7、enzhou is carried out inthe laboratory The influence of quicklime on various physical properties of the sludge is mainly explored Besides,the solidification of the sludge is studied at field The bearing capacity characteristic value of the solidified sludge isdetected by cone penetration test of sin
8、gle bridge and plate loading test The laboratory test shows that the additionof quicklime has an effect on many physical properties of the sludge,and the engineering and mechanical propertiesof the sludge are improved When the content of quicklime is 4%,the UCS of the solidified sludge can reach116
9、kPa The cone penetration test in field shows that the solidified effect of quicklime on the sludge is obviousWhen the content of quicklime is 1%5%,the average value of specific penetration resistance of the solidifiedsludge is 0.4390.773 MPa According to the plate loading test at field,when the cont
10、ent of quicklime is 1%5%,the characteristic value of the solidified sludge bearing capacity is between 126 330 kPa In the project,quicklime can be used to solidify sludge,and the characteristic value of its bearing capacity can be predicted by thelinear equation in this studyKey wordsSludge;Solidifi
11、cation;Physical property index;Solidification at field;esource utilization0引言固化法是工程中广泛应用的一种软基处理方法,固化法中常见的形式有灌浆加固法和搅拌桩加固法。灌浆加固法是通过向软土地基中注射固化浆液,达到增加地基承载力或减少土体沉降量的目的。常见的浆液类型有水泥浆、黏土水泥浆以及硅酸盐类等各种化学浆材(宾斌等,2011;屈艳妮等,2019)。搅拌桩加固法是通过采用搅拌机械将水泥浆液喷入土体并充分搅拌,达到增加土体强度的目的(Grubb et al,2010;Horpibulsuk et al,2011)。无论是
12、灌浆加固法还是搅拌桩加固法,都是利用固化材料水化反应后生成的胶结物来增加土体强度(Herencia et al,2011)。孟庆山等(2010)将水泥、粉煤灰和石膏按比例复合后对武汉东湖淤泥进行固化时发现,在固化过程中水泥掺量对固化效果影响最为显著;徐日庆等(2014)利用 GX08 固化剂对杭州海湖相软土进行固化研究,发现固化土强度与GX08 固化剂掺量以对数函数的形式相关;何俊等(2019)利用工业废弃物作为固化剂,并将水玻璃作为激发剂,对高含水率疏浚淤泥进行固化研究,发现水玻璃和碱渣对疏浚淤泥的固化效果优于矿渣;Al-Muzahim et al(2014)将生石灰用于对多种软土进行固化研
13、究,采用热重差热法分析出对软土固化后的产物,并演算固化产物类别以及相应含量,讨论了阳离子交换作用和火山灰反应对固化土强度的影响;杨爱武等(2019)将石灰和粉煤灰配合后用于对天津滨海软土的固化研究,发现土体颗粒结为团粒结构,粒间孔隙得到填充,固化土体强度很大程度上依赖于土颗粒间的胶结作用;张小芳等(2023)采用石膏激发的水泥矿渣粉煤灰对淤泥进行固化研究,从固化淤泥的力学强度与水分转化过程的演变规律揭示淤泥的固化机理,发现固化土的力学强度不仅与水化产物中的结合水量有关,还与水化物的结构有关。从已有的研究成果可以发现,大多数关于软土的固化研究,都是以水泥基材料为主要的固化剂,辅以添加不同类型的激
14、发材料,生石灰多数也用于对软土地基的加固处理,通常与其他材料进行配合使用。目前关于软土的固化研究对象,主要以湖泊/河流疏浚淤泥、吹填淤泥或滨海软土为主,对城市地下开挖淤泥的固化研究报道较少;Brouwerset al(2007)学者指出,需根据不同地区淤泥的形成条件和所处的环境不同,选择不同种类的固化剂,对软土的加固机理和效果也随材料的不同有所差别。此外,大多数关于软土固化加固的试验主要在室内展开,很少有关于现场固化试验的报道,因此研究成果难以对实际软基处理工程起到直接指导作用。在我国的松辽华北平原、黄海苏北平原、浙闽交界等地区,其地下广泛分布淤泥层。温州是我国著名的软黏土地区,其地下广泛分布
15、淤泥层,成因类型为潟湖相,沉积厚度达 35 m 左右(朱梅生,1989)。2019 年温州产出1200104m3的工程渣土,其中淤泥及淤泥质黏土的量高达近 1000104m3;随着城市地下空间的开发,温州每年地下开挖淤泥产量仍会保持较高的增长速度,目前针对地下开挖淤泥,主要采取填埋的方式进行处理,其结果必定会对周边土壤或地下水产生相应污染(薄录吉等,2013;Messina et al,2017)。采用一种高效、经济且适合大规模使用的固化材料以实现对温州淤泥处理,意义重大。在已有的研究基础上,本文以温州地下开挖淤泥为研究对象,在室内采用生石灰对淤泥进行固化研究,探究生石灰对淤泥的各项物性指标的
16、影响;在现场开展对淤泥的原位固化试验,采用静压试验和静力触探试验,探究在实际工程中,生石灰对温州地下开挖淤泥的固化效果;将室内、现场固化淤泥强度分别与生石灰的掺量进行线性拟合,建立了强度预测方程,为工程上采用生石灰固化淤泥提供直接的参考数据,以替代传统的淤泥填埋模式,实现淤泥的资源化利用。1试验材料及方法1.1试验材料取温州市某地下室开挖淤泥为试验用土,淤泥224Journal of Engineering Geology工程地质学报2023的开挖深度为 1015 m,淤泥呈现流塑状,表观呈青灰色(如图 1 所示),是温州地区具有代表性的地下开挖软土。淤泥的天然含水率达 66.3%,超过其液限
17、含水率,承载力极低,其主要物理指标见表 1。图 1试验淤泥Fig 1Sludge of the test表 1淤泥的主要物理性质Table 1Main physical properties of sludge含水率/%液限/%塑限/%塑性指数有机质含量/%孔隙比密度/g cm3相对密度6635252752534182117267固化材料采用工业级生石灰,由衢州市良诚钙业有限公司提供,其主要的化学成分及颗粒大小如表 2 所示。表 2生石灰的化学成分及粒径Table 2Chemical composition and particle size of quicklime化学成分/%粒径分布/%C
18、aOMgOCO2SO3100 m200 m2 mm85212110310047021886210012试验方案1.2.1室内试验取适量淤泥,放入搪瓷铁盘中,向淤泥中添加一定量的生石灰,各试验组淤泥和生石灰配合比如表3 所示。将淤泥与生石灰混合均匀,采用击样法分层击实固化土样并制作无侧限抗压试样,并制作环刀试样。为避免试样与空气中的水分发生交换,试样制备完毕后立即用保鲜膜包裹,并用密封胶带封口,在恒温条件下(201)分别养护 1 d、7 d、14 d和 28 d。达到相应龄期后,测试固化淤泥的含水率、液塑限、孔隙比、密度、压缩系数、压缩模量、黏聚力、内摩擦角以及无侧限抗压强度等物性指标。无侧限抗
19、压强度试验的加载速度为 1.2 mmmin1;直剪试验方法为快剪法,剪切速率为 1 mmmin1,法向应力分别为 50 kPa、100 kPa、200 kPa 和 400 kPa;固结试验采用 WG 型单杠固结仪,设计荷载依次为12.5 kPa、25 kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa和 800 kPa。其他试验均参照土工试验方法标准(GB/T50123-2019),每组试验制备 3 个平行样,取平均值作为代表结果。表 3生石灰添加比例和添加量Table 3Addition ratio and amount of quicklime材料掺量/%淤泥100994
20、999897969590生石灰00612345101.2.2现场试验根据室内试验结果,在现场对淤泥进行固化试验研究。如图 2 所示,将现场试验区划分为 6 块单元区,每个单元区的规格为 7 m7 m1 m 的基坑,其内部回填淤泥,淤泥来源同室内试验。将生石灰平铺淤泥表面,采用机械筛分的方式对各试验区内的淤泥进行原位固化(如图 3 所示),各试验区生石灰掺量分别为 0、0.6%、1%、2%、3%和 5%。淤泥经固化后,采用静力触探试验和平板荷载试验检测固化淤泥的承载力,试验方案参考建筑地基检测技术规范(JGJ340-2015)。图 2现场淤泥固化试验平面布置图Fig 2Layout of sol
21、idification test of sludge at field图 3淤泥的原位固化试验Fig 3In-situ solidification test of sludge32431(2)邵吉成等:生石灰固化温州淤泥的物理力学性质研究图 4养护龄期对固化淤泥含水率的影响Fig 4Influence of curing age on water contentof solidified sludge2室内试验结果及分析2.1含水率的变化生石灰与淤泥混合之后,在不同养护龄期条件下,测试各试样的含水率,结果如图 4 所示。随着养护龄期的增长,各生石灰掺量的固化淤泥的含水率都呈现下降趋势,与已有
22、的研究结果相一致(赵乐军,2007)。在养护龄期小于 14 d 时,固化淤泥含水率减小速度相对较快;当养护龄期大于 7 d 后,随着养护龄期的增加,固化淤泥的含水率减小的趋势趋于平缓。对于生石灰掺量为 10%的固化淤泥,当养护时间分别为 1 d、7 d、14 d 和 28 d 时,淤泥由66.3%的初始含水率分别降至 54.8%、53.4%、53.2%和 53.1%。试验采用的工业级生石灰,其主要成分为 CaO,在与淤泥混合后,CaO 先与淤泥中自由水发生水化反应,生成消石灰 Ca(OH)2,快速消耗淤泥中的部分水分;生成的 Ca(OH)2与淤泥的中 SiO2和Al2O3发生火山灰反应,再次消
23、耗淤泥孔隙中的水,生成 CAH(水化铝酸钙)和 CSH(水化硅酸钙),使淤泥 的 含 水 率 进 一 步 下 降(Al-Muzahim et al,2014),其化学反应方程式可表示为:SiO2+Ca(OH)2+nH2O=CaOSiO2(n+1)H2OAl2O3+Ca(OH)2+nH2O=CaOAl2O3(n+1)H2O随着生石灰掺量的增加,固化淤泥的含水率呈现明显的下降趋势,如图 5 为所示。增加生石灰掺量,材料中更多的 CaO 参与到水化反应中,在养护期间发生的火山灰更为剧烈,总体上使淤泥的含水率下降更明显。图 5生石灰掺量对固化淤泥含水率的影响Fig 5Influence of quic
24、klime content on water contentof solidified sludge2.2界限含水率的变化固化淤泥的液、塑限变化规律如图 6 和图 7 所示。当养护龄期为 1 d 时,固化淤泥的液、塑限都随着生石灰掺量的增加出现下降趋势。当固化淤泥达到一定龄期后(7 d),生石灰的掺量由 0 增加到3%时,固化淤泥的液、塑限呈现微降趋势。已有的研究结果表明(杨志强等,1991;黄生文,1992),少量的生石灰的加入后,材料中 CaO 迅速参与水化反应生成 Ca(OH)2,并电离出 Ca2+,使孔隙溶液中阳离子浓度升高,高浓度 Ca2+可交换出土扩散层中的低价金属阳离子(K+、N
25、a+等),使土颗粒的反离子层厚度变薄,并释放部分结合水,土颗粒更易团聚成较大的颗粒,比表面积减小,土的亲水性下降,因而导致土体的液、塑限整体呈现下降趋势。相应地,土体塑性指数也出现相似的微降规律,如图 8 所示。图 6生石灰掺量对固化淤泥塑限的影响Fig 6Influence of quicklime content on the plasticlimit of solidified sludge当生石灰的掺入量大于 3%时,在固化淤泥达到一定龄期后(7 d),随着生石灰掺量的增加,固424Journal of Engineering Geology工程地质学报2023图 7生石灰掺量对固化淤
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生石灰 固化 温州 淤泥 物理 力学 性质 研究 邵吉成
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。