基于正交試驗的復合固化劑固化淤泥無側限抗壓強度試驗研究

李銳鐸，張雙嬌，鄭藝偉，王思會，王 崢

(河南城建學院 土木與交通工程學院，河南 平頂山 467036)

疏浚河流湖泊所產生的淤泥具有含水率高、有機質含量大、壓縮性大、透水性差、力學強度低等缺點，一般不能直接應用于實際工程中，并且淤泥產生量巨大，采用堆放的方式往往占用大量土地，還容易對周圍的水域及土壤產生嚴重污染。因此，如何對疏浚淤泥進行資源化利用成了目前研究的熱點。

淤泥的處置方法主要有化學方法、物理方法、化學物理混合法和資源化利用方法[1]?；瘜W方法主要是通過添加水泥等固化材料對淤泥進行固化處理[2-6]。物理方法主要以脫水干化方法為主，常見的脫水干化方法包括自然脫水干化技術和機械脫水干化技術，但是經過脫水后的淤泥還需要進行二次處理，進而提高了工程造價?；瘜W物理混合法就是將上述兩種方法綜合起來使用的方法。當前，淤泥的資源化利用技術也是一種深受歡迎的處置方法，主要應用領域包括農業領域、土地修復領域、工程建設等領域[7-8]。本文基于正交試驗方法利用電石灰這一固體廢棄物復合水泥等固化材料對淤泥進行固化試驗研究，研究其力學強度等指標，為工程應用提供理論依據和技術支撐。

1 原材料基本性質

1.1 淤泥

試驗所用淤泥取自平頂山市新城區應河河道，取土深度為0.1～1 m，已去除表面沖積層。通過顆粒篩分試驗發現，粒徑小于0.075 mm的土的質量占總土質量的67.63%，可以判斷所取土樣為細粒土。淤泥土樣的塑限和液限分別為19.0%和39.6%，其塑性指數為21，燒失量為3.5%，pH為6～7，屬弱酸性。

1.2 復合固化劑

1.2.1 電石灰

化工企業以電石為原料生產乙炔氣體，在這個過程中，會產生一些副產品，其中之一就是電石灰。電石與水的化學反應為：

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2

(1)

電石灰顆粒較細，顏色為灰白色。電石灰的主要成分為Ca(OH)2，經過測試其pH值為13～14，可知其呈強堿性。從主要成分上來看，電石灰性質與消石灰相似，空氣中的水分會與Ca(OH)2發生反應形成CaCO3。本文所用電石灰來自平頂山市葉縣中悅環保園電石灰調配中心。

1.2.2 水泥

本文所用水泥為普通硅酸鹽32.5水泥。

2 正交試驗設計

正交試驗是研究多因素多水平的一種設計方法，是一種高效率、快速、經濟的實驗設計方法[9]。

本文試驗原料主要是電石灰、水泥和淤泥三種，每一種材料對其強度都有一定的影響，要想全面得出三種材料對試驗結果的影響是非常復雜的，所以本試驗采用三因素三水平的正交試驗方案。首先根據經驗確定電石灰、水泥和淤泥的使用范圍，即電石灰劑量分別為4%、8%、12%，水泥劑量分別為2%、5%、8%，剩余成分為淤泥，利用SPSS軟件對電石灰、水泥和淤泥三種材料進行正交試驗設計，最終確定了9組配合比，具體各種原材料的質量含量見表1。

3 試驗結果分析

3.1 最佳含水率與最大干密度試驗結果

按照《公路土工試驗規程》[10]要求進行復合固化劑固化淤泥土擊實試驗，得到不同配比條件下的最大干密度和最佳含水率，結果如表1所示。

表1 9組配合比及對應的最佳含水率與最大干密度

3.2 固化淤泥土無側限抗壓強度試驗結果及分析

按照表1的最大干密度及最佳含水率制備無側限抗壓強度試件，再進行7 d無側限抗壓強度試驗，結果如表2所示。

表2 復合固化淤泥土無側限抗壓強度

由表2可以看出：摻加水泥和電石灰后的固化淤泥土的強度得到了明顯提高。

為了進一步分析水泥摻量和電石灰的摻量對固化后淤泥土的強度影響大小，利用SPSS軟件采用方差分析法來分析兩個因素水泥和電石灰的摻量對混合料7 d無側限抗壓強度的影響程度，得出主體間效應檢驗和多重比較分析如表3和表4所示。

表3 主體間效應的檢驗

注：a.R2=0.698(調整R2=0.396)

表4 多重比較分析表

注：基于觀測到的均值。

誤差項為均值方 =0 .018。

*.均值差值在 0.05 級別上比較顯著。

由表3可知：水泥和電石灰摻量的差異性顯著的檢驗值(Sig.)為0.104和0.673，說明這兩種因素對復合固化淤泥土的7 d無側限抗壓強度影響為：水泥的影響程度大于電石灰。由表4可知：2%和8%水泥劑量的復合固化劑之間的多重比較分析值為0.051，差異性較為顯著。

4 結論

摻加水泥和電石灰后的固化淤泥土的強度得到了明顯提高，可以根據具體工程需要選擇合適的配比進行淤泥土的固化。使用SPSS軟件分別對不同摻量的復合固化淤泥土的7 d無側限抗壓強度進行數據正交分析，水泥的影響程度大于電石灰。2%和8%水泥劑量的復合固化劑固化淤泥土強度的多重比較分析值為0.051，差異性較為顯著。