一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法与流程

本发明涉及冻土低温特性分析
技术领域：
，具体地说，特别涉及一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法。
背景技术：
：随湖泊河流的治理，航道疏浚清淤工程的开展，疏浚淤泥的量迅速增加。据有关统计，我国河道和湖泊中淤泥量高达8000万吨；长江淤泥沉积量巨大，21年间清淤量达到3.2亿吨；仅珠三角地带的年淤泥疏浚量就达到8×107m3。淤泥产量巨大，严重影响了河床高度和通航能力。此外，淤泥土携带多种污染杂质，若不采取行之有效措施处理这些废物，势必会占用土地，污染水源，引起严重的环境污染。粉煤灰是煤炭资源开发利用产生的主要废物，其产量巨大，长期堆放会占用大量土地，引起水系和大气污染，现阶段对粉煤灰的利用率只有35％左右。基于以废治废的思想，本发明掺入不等量的粉煤灰在水泥-石灰固化疏浚淤泥土中，以期改善淤泥土的力学性质和抗冻性能，实现废物资源化利用的目的。现已有的研究和处理方式多集中于陆地抛填、倾倒入海中和采用水泥石灰固化，未能有效利用土资源解决建筑缺土的问题。并且在试验研究过程缺乏对固化土的耐久性和抗冻性能的研究，淤泥土含水率高，受低温度影响较大，不避免部分地区会受到冻融作用的影响，对固化淤泥土进行抗冻性能的研究能有效扩大淤泥固化技术的处理范围，充分利用淤泥土和粉煤灰以解决工程实际问题。技术实现要素：为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法。所述技术方案如下：一方面，提供了一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法，包括：使用水泥、石灰和粉煤灰配制成联合固化剂，以预设的配比与淤泥土混合形成固化土；将所述的固化土静压至直径39.1mm、高度80mm的三瓣模中，静止两个小时脱模，脱模后用保鲜膜密封严实，置于标况下养护7d后进行冻融循环试验；将达到循环次数的固化土样再进行三轴剪切试验。进一步的，所述联合固化剂的具体配比为：水泥掺量：6％；石灰掺量9％；粉煤灰：0％，5％，10％，15％，20％；进一步的，所述冻融循环试验具体为：在低温箱内冻12h，所述低温箱的温度为-20℃；在恒温箱内融化12h，所述恒温箱的温度为20±2℃，共计24h，此为1个冻融循环；其中，5组试样，每组试样进行6组循环；每组的循环次数依次为：0、1、3、6、9、12。进一步的，所述的固化土冻融循环在封闭条件下进行，所述的固化土制成后均采用塑料薄膜紧密包裹后密封，以防止试样水分的散失和外界补给，模拟封闭系统。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法，在无补水情况下开始进行固化污泥的冻融循环试验，首先进行冻结试验，环境温度为-20℃，然后进行融化试验，环境温度为20℃。为保证试样完全冰冻和融化，此次试验冰冻和融化时间均设置为12h，一个冻融循环周期为24h。重复冻融过程，将达到设计冻融次数的试样取出进行三轴试验，其余继续进行冻融循环。三轴试验采用tsz全自动三轴仪对达到冻融次数的试样进行不故结不排水(uu)试验。围压分别取100，200，300kpa，轴向加载速率为0.8mm/min，控制应变为20％。同时，本发明还有以下的进步：1、制样方法采用静压至三瓣模中，更加接近实际工程，避免了软土难以击实和破坏固化土初凝强度的弊端；2、冻融循环时试样严格密封，在冻融过程中无补水情况，冻胀温度较低，绝对保证冰冻效果；3、采用粉煤灰进一步对固化土进行处理，能有效吸水，降低含水率，增强土体性能，亦能降低土样孔隙，增强试样的结构性，提高抗冻能力。试验揭示了冻融循环下不同固化配比下土体强度随冻融次数的改变规律。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a是本发明实施例的sd15fa试样(围压200kpa)在不同冻融循环次数下的应力-应变关系图；图1b是本发明实施例的sd10fa试样(未冻融和9次冻融循环)在不同围压下的应力-应变关系图；图2a是本发明实施例的围压对固化土破坏强度的影响示意图；图2b是本发明实施例的围压100kpa时试样破坏强度与冻融次数的关系图；图2c是本发明实施例的围压200kpa时试样破坏强度与冻融次数的关系图；图2d是本发明实施例的围压300kpa时试样破坏强度与冻融次数的关系图；图3a是本发明实施例的试样冻融循环次数与粘聚力关系图；图3b是本发明实施例的试样冻融循环次数与内摩擦角关系图；图4a是本发明实施例的冻融1次后含水率分布特征示意图；图4b是本发明实施例的冻融9次后含水率分布特征示意图；图4c是本发明实施例的sd试样含水率变化过程示意图；图4d是本发明实施例的sd15fa试样含水率变化过程示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。本发明提供了一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法，包括：使用水泥、石灰和粉煤灰配制成联合固化剂，以预设的配比与淤泥土混合形成固化土；将所述的固化土静压至直径39.1mm、高度80mm的三瓣模中，静止两个小时脱模，脱模后用保鲜膜密封严实，置于标况下养护7d后进行冻融循环试验；将达到循环次数的固化土样再进行三轴剪切试验。具体地，所述的固化土冻融循环在封闭条件下进行，所述的固化土制成后均采用塑料薄膜紧密包裹后密封，以防止试样水分的散失和外界补给，模拟封闭系统。本实施例中，通过提供一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法，有效利用了具有污染性的工业废渣粉煤灰，实现了以废治废的目的。进一步的，所述联合固化剂的具体配比为：水泥掺量：6％；石灰掺量9％；粉煤灰：0％，5％，10％，15％，20％；进一步的，所述冻融循环试验具体为：在低温箱内冻12h，所述低温箱的温度为-20℃；在恒温箱内融化12h，所述恒温箱的温度为20±2℃，共计24h，此为1个冻融循环；其中，5组试样，每组试样进行6组循环；每组的循环次数依次为：0、1、3、6、9、12。本实施例中的，试验方案具体为：(1)涉及试验：土的物理指标研究；三轴试验(不固结不排水剪)，冻融循环试验，水分迁移试验。(2)固化剂配比：使用水泥(cement)、石灰(lime)和粉煤灰(flyash)以合理的配比混合，配制成联合固化剂。本文主要研究粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性能的影响。即水泥掺量：6％；石灰掺量9％；粉煤灰：0％，5％，10％，15％，20％。设置混合配合比如表1。表1固化土混合料配合比试样编号淤泥土干重/％水泥/％石灰/％粉煤灰/％sd85690sd5fa80695sd10fa756910sd15fa706915sd20fa656920注：表中数据采用质量百分百，sd为水泥6％和石灰掺量9％分的土样，在此基础上改变粉煤灰的掺量对固化淤泥土进行进一步改性。(3)冻融循环试验设计循环次数：0136912(共6组)冻融：低温箱-20℃，冻12h；恒温箱20±2℃，融化12h。共计24h，此为1个冻融循环。5组试样，每组试样进行6组循环。土料：湖南省某河道河道疏浚淤泥土。试样冻融循环在封闭条件下进行，试样制成后均采用塑料薄膜紧密包裹后密封，以防止试样水分的散失和外界补给，模拟封闭系统。(4)三轴试验试验设计试验方法：不固结不排水三轴试验(uu)围压：100kpa、200kpa、300kpa(轴向加载速率为0.4mm/min，控制应变为20％。)制样：将固化土静压至直径39.1mm、高度80mm的三瓣模中，静止两个小时脱模，脱模后用保鲜膜密封严实，置于标况下养护7d后进行冻融试验，将达到循环次数的试样进行三轴剪切试验。变量：围压、冻融次数、粉煤灰掺量、径向距离。本实施例中，试验控制指标见表2，固化淤泥土应力应变关系见图1，破坏强度见图2，抗剪强度指标见图3，水分迁移见图4；表2试验控制指标具体地，图1为围压为200时不同冻融循环次数下的应力应变关系，具体参见图1a和图1b；由图1可以得出以下规律：1、粉煤灰能有效提高固化土的强度；2、掺入粉煤灰后试样抗冻能力有所增加，抵抗冻融的能力有所增加。同时，图2为试样破坏强度与围压和冻融循环次数的关系，具体见图2a、图2b、图2c、图2d。图3为试验抗剪强度指标随冻融循环次数关系图，具体见图3a、图3b。图4为不同冻融次数下试样的水分重分布，具体见图4a、图4b、图4c、图4d。注释：对于应变硬化型的试样，则取轴向应变15％所对应的偏应力值作为破坏强度。由数据可知，随着参量的改变，固化土破坏强度有所增加，但不是线性改变；在冻融循环作用下强度有所降低，呈先大后小的趋势。结论，合理的固化比有一定的抗冻性。本实施例中，还提供了淤泥土基本性质，试验淤泥取自湖南省某河道疏浚工程，淤泥土的天然含水率在105％左右，性质较差，属高液限黏土，具体基本物理性质指标如表3所示。河道底泥挖出后，立刻放入聚乙烯塑料袋中送入实验室，进行基本物理指标测量。为节约固化材料和保证淤泥土的固化效果，将淤泥土试样含水率风干至70％，再进行固化试验。表3疏浚淤泥物理性质指标ω0/％ρ/(g/cm3)dswl/％wp/％ωc/％1051.452.5447273.9注：ωc为有机质含量。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的一种粉煤灰对水泥-石灰固化土抗冻性影响的试验方法，在无补水情况下开始进行固化污泥的冻融循环试验，首先进行冻结试验，环境温度为-20℃，然后进行融化试验，环境温度为20℃。为保证试样完全冰冻和融化，此次试验冰冻和融化时间均设置为12h，一个冻融循环周期为24h。重复冻融过程，将达到设计冻融次数的试样取出进行三轴试验，其余继续进行冻融循环。三轴试验采用tsz全自动三轴仪对达到冻融次数的试样进行不故结不排水(uu)试验。围压分别取100，200，300kpa，轴向加载速率为0.8mm/min，控制应变为20％。同时，本发明还有以下的进步：4、制样方法采用静压至三瓣模中，更加接近实际工程，避免了软土难以击实和破坏固化土初凝强度的弊端；5、冻融循环时试样严格密封，在冻融过程中无补水情况，冻胀温度较低，绝对保证冰冻效果；6、采用粉煤灰进一步对固化土进行处理，能有效吸水，降低含水率，增强土体性能，亦能降低土样孔隙，增强试样的结构性，提高抗冻能力。试验揭示了冻融循环下不同固化配比下土体强度随冻融次数的改变规律。以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12