成型及养护制度对疏浚土块体力学性能影响试验研究.docx

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成型及养护制度对疏浚土块体力学性能影响试验研究

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吴峰高涛王锌鑫柴星宇

摘要：以航道整治疏浚土为原料，采用半干法压制成型的方法制备水泥基材料。当疏浚土：水泥：矿粉：石膏：石灰=65：18：12：2：3时，成型压力20MPa、标准养护及水固比15.0%条件下，通过压制成型的疏浚土水泥基材料28天抗压、劈裂抗拉和浸水强度分别为25.1MPa、2.5MPa和23.3MPa，可以达到C20混凝土标准。基于水泥、矿粉等无机结合料，以疏浚土为主要原料制备的水泥基材料抗压、劈裂抗拉强度高，水稳定性好，可替代普通混凝土制备压载块等水工材料就地应用于港航工程，满足水工应用需要。

关键词：疏浚土块体;成型条件;养护制度

1前言

近年来我国水运事业发展迅猛，为了更好地满足船舶的通行，需要提升航道等级。疏浚作为提升航道等级的主要手段，会产生大量的疏浚砂土，传统的处理方式即抛弃到指定水域，不仅对环境会造成破坏而且施工不当还会延误工期使工程成本增加。随着“绿色水运、生态航道”理念的推广，将水运工程中的大量废弃疏浚土进行资源化处理引起了科技工作者的广泛关注[1-2]。

研究表明将淤泥和砂性弃土进行混合，掺入淤泥和砂性弃土研究其力学特性，经固结处理之后，土体的膨胀系数较小而阻力增长系数较大[3]。以黄河淤泥为原料，在添加粉煤灰等材料的基础上制备承重多孔砖，发现淤泥制备的多孔砖与黏土制备的多孔砖具有类似的性能[4]。Basha[5]等人分析了水泥和稻壳灰对废弃土固结程度和力学性能的影响，研究结果表明向废弃土中加入水泥和稻壳灰会降低废弃土的塑性，并且水泥和稻壳灰含量增加，废弃土的抗压强度也会增加，最终提出了最佳的水泥和稻壳灰配比来对废弃土进行固结处理。

本文针对黄河流域疏浚土特性，通过添加适量水泥、石灰、石膏等廉价原料，探寻采用半干法压制成型方法将疏浚土制备成压载块、护面砖等水工材料的成型条件和养护方法。

2实验材料及方法

疏浚土的颗粒形貌见图1，颗粒的级配见图2，从图中可知，土颗粒较小，成絮状聚集成整体，颗粒之间有黏连，边缘毛糙不光滑。

按配比称取一定量干土、水泥、石膏、石灰、矿粉，加水拌和均匀。试件尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体。成型方法为在20MPa下400N/s的加压速率压制成型。养护方法为在压制成型后的试件定期洒水养护。检测其抗压强度、劈裂抗拉强度和浸水强度，依照DL/T5150—2006（《水工混凝土试验规程》），其中浸水强度需试件到达检测龄期后浸泡水中4天后检测。

3结果与讨论

3.1压制强度

试件通过压制成型使其拥有部分的早期强度，也为后期强度的形成创造了有利条件，在压力作用下颗粒之间更加紧实，材料颗粒之间的物理化学反应可以持续地进行。

试件成型的压力选取为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa和30MPa，在水固比为12%的条件下，疏浚土、水泥、石膏用量为70%、18%、2%时，在标准养护28d后，成型的压力与28天抗压、劈裂抗拉、浸水强度关系见图3。

从上图可知，固化材料28d的强度与成型压力成正比。但并非成型压力越大越好，成型压力在20MPa以下时随着成型压力增加试件强度上升较快，成型压力大于20MPa时随着成型压力增加，试件强度上升平缓。一般而言，试件强度随成型压力增加而增加，当成型压力过大时，能耗、成本和设备的要求增加，压缩空气的反作用力更大，反而使得试件不利成型。综合考虑，试件成型压力选用20MPa。

3.2成型水分的影响

影响试件强度另一个十分重要的因素是压制成型中的含水率，试件中的水起着多种作用，不仅作为润滑剂为颗粒移动润滑，并且可以使物料混合更加均匀，此外还是各种外加剂的溶剂，十分关键的是压制成型中试件的水本身能和原材料有关成分发生水化反应。许多试验发现压制成型的含水率并非越大越好，而是有一个最佳含水率，当含水率过大压制过程中容易出现黏模，而含水率太低的时候，压制成型的试件密实度很低使得其强度不高。除此之外，试件压制成型过程中所使用的压力也是影响试件性能的重要原因，压制成型的压力不同对应着不同的最佳含水率。本文以20MPa的压强探究在此压强下的最佳含水率。

当选定成型的压力20MPa，疏浚土的用量固定为70%时，水泥、石膏掺量为18%、2%，在此条件下选取水固比分別为10%、11%、12%、13%和14%，标准养护28天，掺水量对疏浚土水泥基材料28天性能影响曲线图见图4。

从图4知，成型水分从13%逐渐增加到15%时试件的强度持续增长，当成型水分达15%，试件抗压、浸水、劈裂抗拉强度均达到最大，当成型水分大于15%时试件的强度持续衰减。这是因为适量的水能够与物料中充分发生水化反应使得试件强度提高。当含水率低于15%时，试件中的水量不足以与原料发生完全的水