固化联合真空抽滤加固河塘淤泥效能提升与工艺优化

作     者：张博浩 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘松玉;邓永锋

授予年度：2023年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：河塘淤泥 固化土 缓凝剂 真空抽滤 复合固化剂 就地固化 

摘      要：公路建设穿越河网等水系发育地区时,河塘、浜塘类沉积软黏土具有含水率高、强度低、变形大等特点,是工程中需要解决的关键问题。传统的换填法将废弃的淤泥运移至其他地方,会造成土地资源的浪费和环境污染。水泥基材料化学加固法可以实现对废弃土的再次利用,且施工方法简单,有利于降低工程造价。但在处理河塘淤泥时,由于含水率较高,需要大量固化剂来达到目标水灰比,以达到性能要求。为此,课题组提出了固化联合真空抽滤加固河塘淤泥的方法,通过将固化剂原位搅拌或流动性固化后,使用真空抽滤的方法,可以大幅降低淤泥含水率,以实现提高固化土强度,降低固化剂掺量的效果。 在已有研究成果的基础上,论文通过室内试验及模型试验针对以下问题进一步开展研究:(1)固化土真空抽滤对固化土强度的影响;(2)缓凝材料种类及掺量对固化土真空抽滤的效率及强度影响;(3)其他水泥外加剂对固化土真空抽滤的影响及复合固化剂最优配比;(4)真空抽滤的影响范围及排水体合理布置间距。主要研究成果如下: (1)真空抽滤过程中,在排水体周围将产生“土柱效应,导致真空度无法向外传递,严重影响真空抽滤效果。水泥水解水化反应导致黏土颗粒发生“砂化现象,减小了黏土矿物的亲水性,有益于真空度向外传递。采用4%以上水泥掺量可大幅提高固化土真空抽滤的效率,且抽滤效率随着水泥掺量的增加而增加。 (2)河塘淤泥在添加固化剂之后进行真空抽滤能够大幅提升固化土无侧限抗压强度,其强度主要受水泥掺量的影响。4%水泥掺量固化土真空抽滤后的28d无侧限抗压强度约为0.05MPa(未抽滤时基本没有强度,约为2k Pa),且固化土呈现出塑性破坏模式;水泥掺量为8%时,28d无侧限抗压强度约为0.16MPa(未抽滤为20k Pa),固化土呈现脆性破坏。 (3)对多种常见缓凝材料(木质素磺酸钙、葡萄糖酸钠、蔗糖和酒石酸)进行比选,木质素磺酸钙是缓凝材料的最优选择。对水泥掺量为8%的固化土,掺入水泥质量0.2%的木质素磺酸钙在24h内抽滤出水的质量相比不添加缓凝材料提高了20%左右,但缓凝材料会降低固化土早期强度。综合考虑真空抽滤效率及固化土强度影响,缓凝剂最优掺量为水泥质量的0.2%。 (4)脱硫灰和石灰等钙源材料的添加,能够提高固化土中钙离子的浓度,补充真空抽滤及有机质对钙离子的消耗,有利于真空抽滤和固化土强度。给出了水泥-缓凝剂-脱硫灰-石灰的复合固化剂的最优配比,木质素磺酸钙掺量为水泥质量的0.2%,脱硫灰掺量为水泥质量的20%,石灰掺量是干土质量的1.5%。 (5)综合模型试验结果,给出了固化土真空抽滤联合加固的排水体间距及抽滤时间参考。不添加缓凝材料时,合理抽滤时间为12h,添加0.2%木质素磺酸钙后真空抽滤时间建议为24h以上。采用本文给出的复合固化剂,抽水井半径为3mm,抽滤6小时,有效影响半径为8-12cm左右;抽滤12小时,有效影响半径增加至20-30cm左右。为此,现场实施的井径比与有效抽滤时间相关,可以控制在40左右。