導語：建筑垃圾渣土試驗結果分析一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

目前，我國正處于基礎設施大量建設時期，城建項目、舊城改造和軌道交通等工程進展產生的大量渣土，作為固體廢棄物嚴重制約著城市發展。據估計，目前我國城市建筑渣土的堆積量達到100億t，且以每年3億t的速度增長；而礦山資源保護力度逐年增大，工程建設所需建材存在缺口，尤其是用量較大的路基材料，以固化渣土替代傳統道路填筑材料成為解決建材原料供需緊張的有效途徑。土壤固化是指在土壤中添加一定量的增強土壤粘結性，改善土體工程技術性能的固化材料。按材料種類劃分，土壤固化材料分為無機固化劑、有機固化劑和離子類固化劑，其中無機固化劑主要為水泥、石灰、粉煤灰、礦渣等無機結合料，通過自身反應生成的膠凝材料形成穩定密實的結構[1]；有機固化劑通過包裹土壤顆粒，增強土壤表面吸附力使顆粒聚集固化[2]；離子類固化劑具有較高的電荷強度，解離出的陽離子置換出土壤顆粒中的陽離子后可降低土體之間的相互排斥力，在壓實功的作用下使固化土體達到一定強度[3,4]。目前我國路基填料固化土多采用水泥、石灰等無機固化劑，但無機固化土體存在多種問題，如水泥固化土體存在收縮大、易開裂問題，石灰固化土體存在早期強度低、強度增長慢、水穩定差等缺點。因此，以離子固化劑增強無機固化的方式，分析不同固化材料摻量、渣土顆粒組成對固化土性能的影響規律，提供一系列滿足工程需求的配合比，尋求經濟效益最佳方案，為路基填料用固化土的工程應用提供依據。

1原材料及試驗設計

1.1原材料

1.1.1水泥試驗采用北京金隅琉水環保科技有限公司生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標如表1所示。1.1.2石灰試驗所用石灰有效鈣鎂含量為60%，其中大于0.3mm顆粒含量為0.3%。1.1.3渣土試驗所采用渣土為首鋼資源綜合利用科技開發有限公司建筑垃圾處理線篩余渣土，渣土中4.75mm以上顆粒占比23.1%，4.75mm以下顆粒占比76.9%（篩分結果見表2），4.75mm以上顆粒壓碎值為17.1。為提高固化土強度，需保證一定量的粗骨料含量，本試驗所用渣土控制4.75mm以上顆粒含量為75±5%。依據GB50007—2011《建筑地基基礎設計規范》，試驗所用渣土的塑性指數屬粉質粘土類（塑性指數10≤IP≤17），液塑限試驗結果見表3。1.1.4固化劑試驗所用固化劑為美國貝塞爾固化劑，棕色，液態、離子型固化劑。

1.2試驗設計

固化土基本性能試驗選定離子類固化劑（以下簡稱固化劑）的摻量和水泥、石灰、渣土的比例。在渣土顆粒級配的3種影響因素中，固化劑摻量對固化土性能的影響選用單因素研究法，固化劑摻量分別為0，0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%,0.06%，以外摻方式添加，水泥、石灰、渣土摻量及渣土顆粒級配對固化土性能的影響以三角等焓圖方法設計配合比。三角等焓圖指三角等值線圖類似地形的等高線圖，可用于觀察某性能指標的最高值區域和最低值區域。三角等焓圖的設計原則為三種因素之和為100%，圖1研究了水泥、石灰、渣土摻量對固化土7d無側限抗壓強度的影響，水泥的含量從0到8%，石灰的摻量從0增加到8%，渣土的摻量從92%增加到100%。三角等焓圖坐標的讀取方法為平行線法，以G點為例，按圖中箭頭方向作三角形三邊的平行線，平行線與“渣土摻量（%）”坐標線的交點即為渣土的摻量94%，平行線與“水泥摻量（%）”坐標線的交點即為水泥的摻量2%，平行線與“石灰摻量（%）”坐標線的交點即為石灰的摻量4%，三者之加和為100%。右側為抗壓強度標簽值，三角等焓圖內的各點所對應的顏色即為不同配比下凈漿的強度。

2試驗結果分析

2.1固化劑摻量對固化土性能的影響

為探討離子固化劑摻量對固化土性能的影響，試驗研究了水泥∶渣土為4∶96時，不同固化劑摻量對7d無側限抗壓強度和抗凍性能的影響規律，試驗結果如圖2、圖3所示。從試驗結果可看出，隨離子固化劑摻量增加，固化土的7d無側限抗壓強度呈增長趨勢；隨離子固化劑摻量增加，固化土抗凍性能增強。貝塞爾土壤固化劑通過改變土壤顆粒表面電荷的特性，降低了土壤顆粒間的排斥力，使土壤中的含水量達到穩定平衡，同時形成結晶鹽，進而增強了土體的密實度，提高了強度和抗凍性。考慮到固化土應用的經濟性，建議固化劑摻量在0.02%左右。

2.2配合比參數對固化土性能的影響

固定離子固化劑摻量為0.02%，以三角等焓圖為基礎設計不同水泥、石灰、渣土的比例，研究三者摻量對固化土7d無側限抗壓強度及抗凍性能的影響規律。在圖4和圖5中，沿A-B-C-D-E方向，在石灰摻量不變、水泥摻量增加的同時減少渣土摻量，可以看出隨水泥摻量增加，固化土的7d和28d無側限抗壓強度明顯提高，F-G-H-I,J-K-L,M-N方向同理；沿O-N-L-I-E方向，在渣土摻量不變、水泥摻量增加的同時減少石灰摻量，可以看出固化土的7d和28d強度隨水泥摻量增加而提高，M-K-H-D,J-G-C,F-B方向同理；沿A-F-J-M-O方向，在水泥摻量不變、石灰摻量增加的同時減少渣土摻量，可以看出隨石灰摻量增加，固化土7d強度無明顯變化，28d強度略有提高。石灰固化渣土存在早期強度低、強度發展緩慢的問題；而沿著B-G-K-N、C-H-L、D-I方向，即有一定水泥摻加量后，固化土強度較高時在試驗齡期內石灰摻量增加對固化土強度的影響有限。從圖4和圖5中無側限抗壓強度在三角等焓圖上的分布特征可看出，等高線梯度方向與水泥摻量增加方向一致，表明水泥是增強固化土強度的關鍵因素。在工程應用中，按工程設計強度要求，可依此三角等焓圖找到相應的配合比，同時找到經濟性最佳方案。不同水泥、石灰、渣土摻量下固化土的28d殘留抗壓強度比如圖6所示，從圖6可看出，與無側限抗壓強度趨勢相似，隨水泥用量增加固化土的抗凍性能增強；隨石灰用量增加，固化土的抗凍性能略有增強。水泥、石灰水化生成硅酸鈣、鋁酸鈣及鐵酸鈣等膠凝材料，同時水化產物與土壤中的活性成分反應生成膠凝材料，使土體密實度增加，一方面提高了耐水性；另一方面提高了抵抗水分結冰膨脹的壓力，進而提高了抗凍性。

2.3渣土級配對固化土力學性能的影響

建筑渣土是現代城市建設過程中產生的固體廢棄物，產生于城市的新建、改擴建和拆除等施工過程，例如城建項目地基管溝開挖、舊城改造和軌道交通盾構等，因地質、施工條件差異，渣土的成分較復雜，本試驗選用的渣土為建筑垃圾資源化處理線分選出的渣土，含部分砂石骨料。試驗選用離子固化劑摻量為0.02%，水泥摻量為4%，渣土摻量為96%，以三角等焓圖為基礎設計渣土中0~5mm,5~10mm,10~25mm顆粒比例，研究渣土顆粒級配對固化土無側限抗壓強度及抗凍性能的影響規律。圖7、圖8可以看出，與水泥、石灰、渣土摻量對無側限抗壓強度的影響規律不同，渣土顆粒級配存在合理區間，A點[（0~5mm）∶（5~10mm）∶（10~25mm）=40%∶20%∶40%]和K點[（0~5mm）∶（5~10mm）∶（10~25mm）=50%∶40%∶10%]固化土的無側限抗壓強度最高。渣土中粗骨料自身具有較高的強度，粗骨料的摻加有利于提高固化土強度，但當渣土中粗骨料較多時，存在的空隙也較多，細顆粒不能完全填充空隙使得整體強度降低，因此合理的顆粒級配有利于提高固化土的強度[5]。在三角等焓圖上的分布特征，與無側限抗壓強度分布特征相似，顆粒級配對固化土抗凍性對的影響存在最佳區間。結合抗壓強度及殘留抗壓強度比特征分布圖分析，渣土中顆粒級配最佳方案為（0~5mm）∶（5~10mm）∶（10~25mm）=40%∶20%∶40%或50%∶40%∶10%。

3結論

（1）固化土無側限抗壓強度及抗凍性隨離子類固化劑摻量的增加而提高，離子固化劑通過改變顆粒表面電荷增強顆粒間的粘聚性，綜合考量固化土性能及經濟成本，建議固化劑摻量為0.02%。（2）離子類固化劑摻量一定時，固化土無測限抗壓強度及殘留抗壓強度在三角等焓圖上的等高線梯度方向與水泥摻量增加方向一致，表明水泥對固化土強度及抗凍性的提升效果起主要作用，三角等焓圖給出了一系列配合比時固化土的強度，可根據工程需求找對最佳方案。（3）渣土級配對固化土無側限抗壓強度及抗凍性能的影響存在最佳區間，綜合考慮抗壓強度及殘留抗壓強度比，渣土中顆粒級配建議為0~5mm∶5~10mm∶10~25mm=40%∶20%∶40%或50%∶40%∶10%。

作者：王福晉 趙磊 梁勇 馬剛平 劉慧慧 楊婷婷 單位：首鋼環境產業有限公司 首鋼資源綜合利用科技開發有限公司