基于正交試驗(yàn)的水泥與電石灰固化淤泥土劈裂強(qiáng)度研究

李自力,黃 濤,郭宛茹,李銳鐸

(1.河南中州路橋建設(shè)有限公司,河南 周口 466000; 2.河南城建學(xué)院,河南 平頂山 467036)

0 引言

天然河流湖泊及城市人工水系中的淤泥如果長期不進(jìn)行疏浚,會阻礙航道、惡化水質(zhì)及降低蓄水能力。大多數(shù)疏浚淤泥以堆場處理方式處置,但堆場處理占地面積大,需占用大量的土地資源,故合理利用淤泥是亟需解決的問題。疏浚淤泥的處理方法主要包括固化、脫水、燒結(jié)等。其中,脫水與燒結(jié)適用于高含水量及少量的淤泥處理,而固化是一種經(jīng)濟(jì)且能大量處理疏浚淤泥的方法[1-4]。

試驗(yàn)使用的淤泥取自河南省平頂山市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)應(yīng)河裸露河床處(如圖1所示),取樣深度為0.1～1 m,淤泥呈黑褐色,基本物理性質(zhì)如表1所示。

表1 淤泥基本物理性質(zhì)Tab.1 Basic physical properties of silt

圖1 河床取樣Fig.1 Bed sampling

電石灰是化工企業(yè)生產(chǎn)化工產(chǎn)品的副產(chǎn)品(如圖2所示),各地的電石灰由于生產(chǎn)原料與生產(chǎn)工藝的不同而成分及含量不盡相同。電石灰與消石灰在性質(zhì)上基本一致,均以Cao、MgO為主要成分,電石灰有較好的活性,對土地有較好的膠結(jié)性能,能夠替代石灰作為淤泥的固化材料[5-9]。

水泥是一種水硬性無機(jī)凝膠材料,與淤泥之間發(fā)生水化反應(yīng)可提高淤泥的物理強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性,是常用的固化淤泥的外摻劑,本試驗(yàn)使用的是32.5普通硅酸鹽水泥。

1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是針對多影響因素條件的一種設(shè)計(jì)方法,能夠從全面分析中挑選出具有代表性的試驗(yàn)因素進(jìn)行分析[10]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定水泥、電石灰及泥的大概配比范圍,確定水泥劑量分別為2%、5%、8%,電石灰劑量分別為4%、8%、12%,剩余為淤泥。對水泥、電石灰及淤泥3種材料進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),按照這9組配合比進(jìn)行相應(yīng)的擊實(shí)試驗(yàn),得到9組混合料的最佳含水率與最大干密度,如表2所示[11]。

表2 各種配比混合料最佳含水率與最大干密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of optimum moisture content and maximum dry density of various mixtures

2 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)[12]規(guī)定的方法制備直徑與高分別為50 mm的圓柱體試樣并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)(如圖3所示)。養(yǎng)護(hù)6 d,浸水1 d(如圖4所示)后進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)(如圖5所示),結(jié)果如表3所示。

表3 固化淤泥土劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test result of splitting strength of solidified silt soil

圖3 試件養(yǎng)生Fig.3 Specimen health

圖4 試件浸水Fig.4 Specimen flooding

圖5 劈裂夾具及試驗(yàn)Fig.5 Splitting fixture and test

由表3可知,配比1、2、3與配比4、5、6的水泥摻量分別為2%和5%。隨著電石灰摻量的增加,試件的劈裂強(qiáng)度逐漸減小,配比7、8、9的水泥摻量為8%。隨著電石灰摻量的增加,試件的劈裂強(qiáng)度呈緩慢上升趨勢,試件養(yǎng)護(hù)28 d時,配比1、2、3的水泥摻量為2%,隨著電石灰摻量的增加,試件的劈裂強(qiáng)度逐漸減小。配比4、5、6和配比7、8、9的水泥摻量分別為5%和8%,隨著電石灰摻量的增加,試件的劈裂強(qiáng)度呈先下降后上升的趨勢。

3 劈裂強(qiáng)度正交分析

利用SPSS 17.0軟件,采用方差分析法,分析水泥與電石灰的摻量對復(fù)合固化淤泥土7 d(表4)及28 d(表5)劈裂強(qiáng)度的影響程度。

表4 主體間效應(yīng)檢驗(yàn) (7 d)Tab.4 Testing of interagent effects (7 d)

表5 主體間效應(yīng)檢驗(yàn) (28 d)Tab.5 Testing of interagent effects (28 d)

由表 4可知,水泥與電石灰摻量差異性顯著的檢驗(yàn)值(Sig.)為0.861和0.262,說明電石灰對復(fù)合固化淤泥土劈裂強(qiáng)度影響大于水泥。

由表5可知,水泥摻量差異性顯著的檢驗(yàn)值(Sig.)為0.030,小于0.05,說明水泥摻量對復(fù)合固化淤泥土的28 d劈裂強(qiáng)度影響最為顯著。而電石灰摻量差異性顯著的檢驗(yàn)值為0.132,大于0.05,說明電石灰對復(fù)合固化淤泥土的28 d劈裂強(qiáng)度影響不顯著。

4 結(jié)論

水泥與電石灰能夠增加淤泥土的固化強(qiáng)度,利用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)了9組配合比的復(fù)合固化材料,運(yùn)用SPSS 17.0正交設(shè)計(jì)分析軟件,對復(fù)合固化淤泥土的7 d與28 d劈裂強(qiáng)度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),電石灰對復(fù)合固化淤泥土的7 d劈裂強(qiáng)度影響較大,而水泥對復(fù)合固化淤泥土的28 d劈裂強(qiáng)度影響較大。