水泥、粉煤灰和石灰复合改性淤泥物理力学特性研究毕业论文.doc

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1、编号江南大学太湖学院毕业设计（论文）题目：水泥、粉煤灰和石灰复合改性淤泥物理力学特性研究摘 要随着对河道的疏浚工作往往会产生大量的淤泥，但是传统的就近弃土的办法会带来一些列问题，这就有必要对淤泥进行新的处理方法。疏浚淤泥的资源化利用技术就是把作为污染源的废弃疏浚淤泥, 通过化学、物理的方法进行处理, 使其变为可再生利用的土工填方材料、建筑材料, 这样既解决沿海大量废弃疏浚淤泥的处理问题, 又可避免疏浚淤泥对海洋和陆地环境的污染。 本文以月亮湾疏浚淤泥堆场的太湖疏浚淤泥为研究对象，将水泥、粉煤灰和生石灰作为改性剂，运用试验的手段来寻找出各自组分的最佳掺入量，使得废弃的淤泥能够固化成为符合土工试验

2、规范的工程用土。补充研究的内容、方法和结论 下面一段可以并进来从固化淤泥的固结试验和直剪试验入手，来研究内摩擦角和粘聚力与改性剂的关系，并结合理论分析出了最佳的配合比10%的粉煤灰、8%的水泥、2%的生石灰。关键词：淤泥；资源化；固化；直剪试验；ABSTRACT With thedredgingofthe rivertend toproduce large amounts ofsilt, but the traditionalapproachwill bringclose tospoilsome ofthe following questions,thisis necessary fora n

3、ewsludgetreatment. Utilization ofdredgedsludgetechnologyis towasteas thesourceof thedredgedsludge，through chemicaland physicalmethods oftreatment,so that itcan berecycledintofillgeotextilematerials,building materials, This will not only solve a large number of abandoned coastal treatment of dredged

4、sludge and avoid sludge dredging on the marine and terrestrial environmental pollution. In this paper,the Taihu LakeMoon Baydredgingsiltdredgedsiltyardas the research object, the cement, fly ash and lime as a modifier,the use ofthe meanstestto findoutbestparametersintotheircomponentvolume,makes thew

5、astesludgetosoil testspecificationssolidifiedasthe projectcomplywith thesoil. Solidifiedsludgefrom theconsolidation testand direct shear teststart, to study theinternal friction angleand cohesionandthe relationship betweenmodifier, and theoreticalanalysis ofthethe bestmixof 10%fly ash, 8% of cement,

6、 2%of thequicklime.Keywords: Silt;reuse of dredging;solidifieaitonect; mix;摘 要2ABSTRACT3第1章 绪论141.1研究背景141.1.1淤泥产生的缘由141.1.2淤泥处理的传统办法及分析151.2现有研究成果151.2.1国内外淤泥处理方法简介161.2.2化学固化机理171.2.3粉煤灰、水泥具体运用181.3研究的内容与意义191.3.1本文研究内容191.3.2研究的意义20第2章 试验设备与淤泥固化机理212.1试验设备212.2淤泥固化机理232.2.1水泥固化机理232.2.2粉煤灰固化机理252

7、.2.3石灰的固化机理2623本章小结26第3章 水泥、粉煤灰和石灰改性淤泥物理特性的研究273.1试验材料273.1.1试验淤泥来源273.1.2固化剂来源283.2淤泥物理性质试验分析283.2.1淤泥含水率的测定283.2.2淤泥密度的测定293.2.3淤泥液塑限的测定303.2.4淤泥颗粒级配的测定333.3本章小结34第4章 水泥、粉煤灰和石灰改性淤泥力学特性的研究344.1固化剂的选择354.2固化试验的内容354.2.1单一固化剂的改性淤泥试验354.2.2多组分固化剂对淤泥固化效果的影响454.3本章小结50第5章 结论与展望515.1结论515.2展望52参考文献52致谢54

8、第1章 绪论 疏浚淤泥的资源化利用技术就是把作为污染源的废弃疏浚淤泥, 通过化学、物理的方法进行处理, 使其变为可再生利用的土工填方材料、建筑材料, 这样既解决沿海大量废弃疏浚淤泥的处理问题, 又可避免疏浚淤泥对海洋和陆地环境的污染, 同时, 还可产生工程建设所急需的土工材料加以利用, 产生综合性的技术经济效益。在一些发达国家, 这一技术已经得到了广泛的应用。 本文采用水泥、粉煤灰和石灰作为改性剂，以太湖淤泥为研究对象，改变其物理力学性质，进而可以对改性的效果进行定量、定性的评价，并能够了解淤泥固化的机理。1.1研究背景这有内容吗？标题之间以及标题与正文之间需要空一行吗？下同1.1.1淤泥产生

9、的缘由 为了保证河道正常的通行能力、改善湖泊河道的水质问题、拓展城市的景观工程，政府常常对一些河道湖泊进行疏浚与清淤工作，由此产生了大量的废弃土方。例如西湖大规模底泥疏浚工程，将产生260万m的河底淤泥，南运河苏州段的疏浚工作预计疏浚土方量达928万m，锡地区对于太湖及其周边湖泊的清淤工作也将产生大量的淤泥1。这些仅仅是冰山一角，随着经济、海上运输事业的快速发展，大量港口的建设与维护工作不断的进行，也会产生大量的疏浚淤泥。1.1.2淤泥处理的传统办法及分析对于如此大量的废弃土方，我国处理的主要办法为就近弃土，就是征用闲置土地来堆放淤泥。这往往就会造成一系列的问题。土地的不合理利用、将会使本就贫

10、乏的土地资源更加贫乏；而在淤泥本身可能带有的污染物质，将会对堆放土地的周围环境造成污染，甚至有的会影响到周围的居民的正常生活，对此造成的损失不可估量。这样的传统做法显然不适应现在社会的可持续利用的要求了，所以需要提出新的处理办法。国外在此方面有着先进的技术，他们会对淤泥进行适当的处理，将废弃的淤泥变成可利用的土木工程施工材料。这样不但解决了土地资源的浪费和生活环境污染的问题，也同时减少了对于传统材料的使用。并在考虑经济效益和社会效益的前提下，尽可能的发掘疏浚淤泥的资源化利用率，使其经济价值得到进一步提高。进行淤泥的资源化处理，不仅能够达到防止淤泥对周围环境的破坏的发生，而且符合我过可持续发展的

11、策略，十分的符合我过的国情。1.2现有研究成果 淤泥的可利用化是指运用物理或者化学方法，改变淤泥的性质，使得改性后的淤泥能作为土木工程的建筑材料，土地开挖填方材料、堤岸、码头的填方材料进行使用。这就必然的减少了传统材料的使用，随着技术的进步，制度的完善可见改性淤泥的使用前景是美好的。 在提倡可持续使用的当今，资源变的极其的珍贵，现有的资源不足以满足人类以后的使用，只有不断的创新，变废为宝，才能获得最大的经济利益，也能相应的节省资源，保护现有的环境。对于我国来说，这个新兴的行业极其的富有发展前景。1.2.1国内外淤泥处理方法简介 淤泥原本自身的力学性质，不能够作为建筑材料或者填筑材料，所以可以通

12、过物理改性、化学改性的方法，改变污泥的力学性质，进而达到使用要求。目前国内外淤泥固化处理技术主要包括物理脱水固结、高温溶解烧结和化学固化3类。物理脱水固结物理脱水固结是指通过采用晾晒、机械脱水、袋充脱水的办法去掉淤泥中多余的自由水。当产生的淤泥量较少而且有场地进行摊铺晾晒时, 可以采用晾晒的方法, 通过晾晒蒸发去掉淤泥中多余的水分后, 即可用作填土材料进行使用。但这种方法只适用于少量淤泥的处理, 而且要有足够的场地, 同时受天气的影响也很大2。机械脱水的方法是使用脱水机械将淤泥中多余的水分除去, 脱水后易于运输和使用。但是由于疏浚工程产生的淤泥量巨大, 普通脱水设备的价格较高, 加之脱水效率较

13、低, 难以满足大型疏浚工程要求, 而且淤泥经脱水后其含水率仍接近液限水平, 还需要进行二次处理才能满足工程用土要求。在各种筑堤、填海、堤岸加固工程中, 对于含沙量较高的淤泥, 也有很多采用高压袋充固结排水的方法进行资源化利用。如在永定新河建闸的围堰工程中, 由于外运土料距离远、成本高, 就采用土工织物袋高压充填的方法建堰。袋充方法具有施工速度快、造价低、就地取材的特点, 但只适用于含沙量较大的淤泥, 对于粉粒、黏粒含量较高的淤泥该法难以达到预期的效果。高温溶解烧结高温溶解烧结处理是通过高温处理, 使疏浚淤泥脱水、有机成分分解、颗粒之间黏结, 或无机物发生溶解, 然后再通过冷却, 使得淤泥熔合成

14、具有相当强度的固体颗粒3。淤泥通过烧结处理可以制成建材, 也是一种经济有效的资源化方法, 其主要用途有制轻质陶粒、熔融微晶玻璃、生产水泥、制砖等。轻质陶粒一般可作路基材料、混凝土骨料或花卉的覆盖料, 但由于成本和商品流通上的问题, 还没有得到广泛应用。日本研制成功的淤泥微晶玻璃, 是建筑物优良的装饰材料, 其类似于人造大理石, 外观、强度、耐热性都比较优良。利用淤泥生产的生态水泥成本仅为普通水泥的1/ 3, 但因原料不同而其化学成分、性能等有所不同, 由于生态水泥含氯盐较高, 会使钢筋锈蚀, 一般主要用作地基的增强固化材料和素混凝土。用淤泥为主要原料制成的砖块透气性好、重量轻, 如将其用于铺设

15、人行道, 雨水能够比较容易渗过砖块直接进入地下, 从而可防止因下水道排水不畅而造成的积水。如苏南运河苏州段疏浚工程就向当地的窑厂提供淤泥60 多万m3 , 用于生产砖瓦2; 近年来浙江省出台了利用河道淤泥制砖的扶持政策, 鼓励砖瓦企业利用淤泥制砖造瓦, 一些砖瓦企业纷纷投资参与河道疏浚并利用淤泥制砖造瓦, 有效加快了河道疏浚, 一举多赢。化学固化化学固化技术是向淤泥中添加固化材料, 通过搅拌混合、养护, 使淤泥、水、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应, 在淤泥颗粒表面产生胶凝物质, 使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。另外, 具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗粒之间形成了网状结构, 即构

16、成了骨架, 结晶类的水化产物则填充网状结构的孔隙, 待硬化后淤泥便具备了一定的结构强度。显然, 化学固化处理不仅可以增大淤泥颗粒的粒径, 还可以通过固化材料的水化作用有效地降低淤泥的含水率。另外, 包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效地降低其中污染物质的活性, 从而起到一定的/ 减污0作用。综上所述, 采用物理晾晒方法处理淤泥, 虽然施工简单、处理成本低, 但晾晒需占用大面积场地, 而且易受天气影响, 而机械脱水设备价格较高、处理效率低, 难以满足大型疏浚工程的要求, 目前在国内也未得到广泛应用; 采用高温溶解烧结方法处置淤泥, 能产生较高附加值的产品, 但其对淤泥性质有一定的要求, 而且处理费用

17、高、处理淤泥量有限, 对处理含沙量过高的疏浚淤泥不适用4, 对处理大量的淤泥也不太合适; 采用化学固化方法对淤泥进行处置, 处理效率高、施工方便, 且易于推广应用, 如目前采用该技术对无锡长广溪堆场淤泥进行固化资源化利用已经获得了成功5, 但化学固化方法处理淤泥的投资较大, 因此开发适应我国国情的淤泥固化处理设备和固化剂势在必行。1.2.2化学固化机理 化学固化技术1是向淤泥中添加固化材料,通过搅拌混合、养护,使淤泥、水、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应,使得松软无强度的淤泥变成具备一定力学性能的固化土。 化学固化技术的原理是:固化材料通过一系列的吸水、水解、水化反应,在淤泥颗粒表面产生

18、胶凝物质(水化硅酸钙、水化铝酸钙等),形成不可逆转的凝结硬化壳,使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。另外,具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗粒之间形成了网状结构,即构成了淤泥的骨架,结晶类的水化产物则填充网状结构的孔隙,使得淤泥内部变得致密,待硬化后淤泥便具备了一定的结构强度。显然,化学固化处理通过固化材料的吸水作用可有效降低淤泥的含水率,另外,包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效降低其中污染物质的活性,从而起到一定的“减污”作用。化学固化处理后的淤泥具有强度可控、施工简便迅速等优点,适合大批量淤泥的固化处理。用固化技术处理废弃淤泥使其变为再生资源在国外已得到广泛的应用,技术已比较成熟。这一方法

19、已在日本、荷兰、新加坡有较为广泛的使用。正在建设的名古屋机场的填海工程就大量采用了固化处理后的名古屋港淤泥。日本东京设有多处废弃土处理中心,将废弃淤泥通过固化处理后代替砂料等土石方材料进行出售。我过也正在对固化技术进行研究，来解决我国疏浚淤泥的处理问题。 目前固化材料中,水泥、石灰、石膏、粉煤灰等为主要组成材料。由于淤泥的孔隙比大,含水率高,所需添加的固化材料的量比较大。所以，有必要进行研究来找到最合适的固化剂配合比，发挥各自材料的最大作用。1.2.3粉煤灰、水泥具体运用 我国以煤炭为主要能源，每年用煤量高达几十亿吨，目前电力大部分是由煤炭产生的。以煤为主的电力工业的大规模发展导致粉煤灰的排放

20、急剧增加，直接排放到空气中会造成污染，若采用湿排，则消耗大量的水资源；若采用堆放处理，则会废弃大量的土地资源。随着我国对除尘、干燥技术的发展，电厂积极采用高效除尘装置，对粉煤灰进行脱水处理，使水分降低至30%以下，为粉煤灰利用创造了条件。 脱水处理后的粉煤灰，可以生产烧结砖、加气混凝土、生产陶粒等，运用广泛，并有着非常好的效果。例如，通往秦皇岛某造船基地的马路上，大量的重型大卡车来来往往，之前原本是一条烂泥塘，现在承载力能打到15t/的马路是主要利用粉煤灰来修筑的。（见图1-1、图1-2） 图1-1河边的烂泥塘，石头一砸一个坑 图1-2用粉煤灰填泥塘后的土地从上面的具体实例上看出粉煤灰的改性作

21、用，能够充分的改变淤泥原本的力学性质。1.3研究的内容与意义1.3.1本文研究内容（1）了解太湖疏浚淤泥处理现状（2）了解并分析太湖疏浚淤泥改性机理（3）了解疏浚淤泥改性指标（4）通过试验来确定影响疏浚淤泥物理力学特性的主要因素（5）通过试验来了解改性后的淤泥力学性质1.3.2研究的意义我国在淤泥可利用化方面前行的不是很顺利，正是技术的不系统性、制度的不完善性才导致了目前的状况。但是随着认识的深入，淤泥的可利用性的价值渐渐被人们认识。于是逐渐的在堤岸、码头的建设上，将改性淤泥作为填筑材料来使用，也确实收到了不错的效果。这样不仅节省了现有资源的使用，而且在强度上也与传统材料没有较大的差别，这就使

22、得淤泥的可利用化的意义显现了出来。本次研究所选取的淤泥试样来自太湖，也就是在太湖清淤工作中产生的淤泥。通过一些列的研究能够对太湖淤泥的改性机理、淤泥改性指标、淤泥改性后的力学性质有所了解。通过设计实验来进行对假设的验证；让理论上的猜想在现实的实验中反映出来。让粉煤灰以、水泥和石灰的改性作用得以显现。第2章 试验设备与淤泥固化机理2.1试验设备试验中使用的主要设备与装置有：（1） WG-2型双联固结仪由南京土壤仪器厂生产（见下图2-1）；图2-1 双联固结仪（2）STYS-1型数显液塑限联合测定仪由浙江土工仪器制造有限公司生产（见下图2-2）；图2-2液、塑限联合测定仪（3）PB 602-N M

23、ettler Toledo电子天平 max=610g d=0.01g e=0.1g；（4）101-2A型电热鼓风干燥箱由上海申通实验电器联营厂制造；（5）直剪仪由南京土壤仪器厂生产（见下图2-3）；图2-3 直剪仪（6）BT-9300H 激光粒度分布仪由丹东市百特仪器有限公司生产(见下图2-4)；图2-4激光粒度分布仪 其他的工具还有：环刀（2cm，30cm）、秒表、百分表、电子天平、钢丝锯、土工刀、调土刀、铝盒、盛土杯等。2.2淤泥固化机理淤泥固化土的强度，就是通过固化反应在含有大量空隙的松散土体中形成固化土的骨架节后，从而使其强度提高。因此，固化材料不仅具有胶结土粒的作用以形成骨架，还应具

24、备填充骨架内部空隙的功能。2.2.1水泥固化机理 采用水泥固化淤泥的基本原理就是由于水泥的水解水化反应以及水化产物以及淤泥颗粒与水化产物之间的胶结形成水泥-土骨架结构，其具体反应如下：（1）水泥的水解水化反应7普通的硅酸盐水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铝酸四钙等与水发生水解和水化反应，在淤泥中形成水泥石骨架； 水泥的水解反应： 2(3CaO.Si02)+6H2O一3CaO2Si023H2O+3Ca(OH)2;2(2CaO.Si02)+4H2O一3CaO2Si023H2O+Ca(OH)2;3CaOA12O3+6H2O一3CaOA12O36H20;水泥的水化反应：4CaOA12O3Fe2O

25、3+2Ca(OH)2+10H2O一3CaO.A12O36H2O +3CaOFe2O3+6H2O；3CaSO4+3CaOA12O3+32H20一CaO.A12O3CaSO432H20;水泥的水化反应主要产物是氢氧化钠、水化硅酸钙，水化铝酸钙，水化铁酸钙等其他化合物。所以生成的氢氧化钠、水化硅酸钙能迅速溶解与水中，便于接下来的一系列反应的继续进行。水泥水化反应的生成物主要为氢氧化钙，水化硅酸钙，水化铝酸钙，水化铁酸钙和钙矾石(CaOA12O3CaSO432H20)等化合物。所生成的氢氧化钙，水化硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液

26、达到饱和后，水分子虽继续渗入颗粒内部，但新生成物不能再继续溶解，只能以胶体析出，悬浮在溶液中。 （2）淤泥颗粒与水泥水化物的作用当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。 1）离子交换和团粒化作用淤泥和水结合时就表现一定的胶体特性，如土中二氧化碳遇水后，形成胶体微粒，其表面带有钠离子或钾离子，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子c扩十进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体的强度提高。水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合，

27、形成固化土的团粒结构，并封闭各团粒的孔隙形成坚固的联结。2）硬凝反应随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的结晶化合物，增大固化土强度。反应式为:SiO2+Ca(OH)2+nH2O一3CaOSiO2(nH)H2OA12O3+Ca(OH)2+nH2O一CaOA12O3(n+1)H2O3）碳酸化作用水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使固化土增加强度，但增长强度较慢，幅度较小。2.2.

28、2粉煤灰固化机理 粉煤灰是一种具有潜在活性的火山灰质粉末,其化学成分以SiO2、Al2O3及其它金属氧化物为主。研究表明,粉煤灰的活性不仅低于成分相近的火山灰质粉末材料(如矸石等),而且更低于矿渣的水化活性。8 (1)粉煤灰的活性来源粉煤灰的活性一般包括物理活性和化学活性。粉煤灰的物理活性产生的效应包括减水效应、微集料效应和密实效应。减水效应也称颗粒形态效应,主要是指粉煤灰中球形玻璃体起滚珠轴承作用,从而使掺粉煤灰体系的流动性提高,起减水作用;微集料效应是指粉煤灰颗粒充当微小集料,均匀分布在体系之中,填充孔隙和毛细孔,改善体系的孔结构和增大密实度;密实效应是微集料效应和火山灰效应的共同作用的表

29、生晶相,填补水膜层和水泥骨架空隙,提高密实度。物理活性主要在掺粉煤灰体系的早期发挥作用9。粉煤灰的化学活性指粉煤灰的火山灰性质, 它来源于煤粉在高温燃烧后收缩成球状液珠后迅速冷却而形成的玻璃体中可溶性的SiO2, Al2O3,活性SiO2, Al2O3与石灰和水混合后能生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C - A - H)10。 （2）激发方式 1）物理激发 物理激发即机械粉磨。根据粉煤灰的物理产生的来源可以机械球磨。煤灰经机械粉磨,含玻璃珠的粗颗粒即微珠粘联体被分散成单个微珠, 较大的玻璃体和炭粒变成细屑,虽然颗粒表面积增大,表面吸附的水量增加,但是球形颗粒增多,发挥“滚珠”作用,使

30、体系的流动性增加,和易性改善,从而减少了需水量17。虽然机械粉磨激发粉煤灰活性工艺简单、成本较低,但是由于机械粉磨的激发效果随粉煤灰粒径的减小而呈指数下降,而且细磨粉煤灰对体系的强度贡献主要来自颗粒优化产生的形态效应, 而对玻璃体表面破坏带来的活性效应还在其次, 因此机械粉磨较适用于粗灰,对细灰的作用不是很明显,难以较大幅度地提高粉煤灰的活性11。2）化学激发常用的粉煤灰的化学激发方法有酸激发、碱激发、硫酸盐激发、氯盐激发和晶种激发等。Ca2+是形成胶凝性水化物的必要条件,而由于粉煤灰与水泥相比,粉煤灰中含的CaO量非常低, 所以在所有的激发方法中,首先必须提供充足的Ca2+ 。下面简要介绍几

31、种激发机理。硫酸盐对粉煤灰活性的激发主要是SO42-在Ca2+的作用下,与溶解于液相的活性Al2O3反应生成水化硫铝酸钙AFt,即钙矾石，部分水化铝酸钙也可与石膏反应生成Aft。同时,也有学者认为, SO42-生成的CaSO4和AFt均有一定的膨胀作用,可以填补水化空间的空隙,使浆体的密实度提高,起到补偿收缩的作用12。常见的碱性激发剂有NaOH,KOH,Na2SiO3和Ca(OH)2等。粉煤灰的化学成分呈弱碱性，在碱环境中其活性最容易被激发,粉煤灰活性激发的关键是使Si-O和A1-O键断裂。有研究表明,在OH-的作用下,粉煤灰颗粒表面的Si-O和Al-O键断裂, Si-O-A1网络聚合体的聚

32、合度降低,而且OH-浓度越大,对Si-O和Al-O键的破坏作用越强13。常用氯盐激发剂主要有CaCl2和NaCl。氯盐中的Ca2+和Cl-扩散能力较强,能够穿过粉煤灰颗粒表面的水化层,与内部的活性Al2O3反应生成水化氯铝酸钙使水化物包裹层内外渗透压增大,并可能导致包裹层破裂,从而促进了水化14。Ca2+ Al2O3+ Cl-+ OH-3CaOAl2O3CaCl210H2O粉煤灰中虽然含有大量的铝硅酸盐玻璃体, 但是其中SiO44-聚合度高,结构致密,化学性质稳定,其火山灰活性大部分是潜在的,活性发挥的速度非常缓慢。铝硅酸盐玻璃体在碱性环境中,才能表现出活性。根据这样的原则,一般选用熟石灰Ca

33、(OH)2(碱激发)和芒硝(Na2SO410H2O)(硫酸盐激发)对粉煤灰的活性进行复合激发15。2.2.3石灰的固化机理 在上述的固化机理中，均提到了碱环境。并且在碱环境中，水泥的固化以及粉煤灰的固化作用均能够达到良好的效果，对淤泥的固化试验有着良好的促进作用16。在下一阶段的试验中，添加入石灰做激发剂。23本章小结（1）本章简述了淤泥固化试验中所需要的试验设备及试验仪器；（2）本章分别对水泥、粉煤灰和石灰的固化机理做了简述，并在不同的激发环境下进行叙述，这样对试验的理论部分有所了解，为下一步的试验操作打下了理论基础。第3章 水泥、粉煤灰和石灰改性淤泥物理特性的研究 若要对改性淤泥的利用进行

34、推广，就要充分的了解淤泥改性前与改性后的物理力学性质的对比，并从中找出固化剂配比的合理配方。本章节从淤泥的物理特性着重研究，并做分析。3.1试验材料3.1.1试验淤泥来源试验所用淤泥来自月亮湾太湖疏浚淤泥堆场；淤泥试样装入塑料袋后置于塑料桶中，分六桶分装，并标号序号。在淤泥试样中挑出杂物，静置2天后析出水分，测含水率。3.1.2固化剂来源本试验所用主要固化剂：普通硅酸盐水泥、粉煤灰来源于望亭热电厂，属一级灰、建筑用石灰。3.2淤泥物理性质试验分析3.2.1淤泥含水率的测定（1）试验所需准备的器材：1）101-2A型电热鼓风干燥箱（由于淤泥中含有有机质，设定温度不超过80）；2）称量200g、最

35、小分度值0.001g的天平；3）恒质量的铝制称量盒；4）装有干燥剂的玻璃干燥缸；（2）含水率测定方法1)取干净的称量盒2个，在天平上称出空盒质量，精确至0.01g，并在记录本上记录称量盒号码；2）从淤泥试样中选取试样1530g淤泥，放入称量盒内，立即盖上盒盖称盒加湿淤泥质量，准确至0.01g；3）打开盒盖，将试样和盒一起放入烘箱内，在温度80下烘至恒量。试样烘至恒量的时间，设定为6-8h，恒温后称重量。4）将烘干后的试样和盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温。将试样和盒从干燥器呢取出，称盒加干土质量，准确至0.01g。利用公式3.1计算既得淤泥含水率： （式3、1） 式中：含水率（

36、%），精确至0.1%； 称量盒加湿土质量（g）; 称量盒加干土质量（g）; 称量盒质量（g）;注意：注意：烘干法试验应对两个试样进行平行测定，并取两个含水率测值的算术平均值。当含水率小于40%时，允许的平行测定差值为1%；当含水率等于、大于40%时，允许的平行测定差值为2%。（3）含水率试验结果从试验结果（表3.1）可以看出，未经固化的淤泥含水率很高，难以将淤泥进行处理。表3.1淤泥含水率试验结果试验编号含水率（%）1104.52103.8平均值104.23.2.2淤泥密度的测定（1） 试验所需准备的器材：1） 横质量的环刀若干（高度20mm，底面积30 cm，壁厚1.5mm）；2） 称量50

37、0g，最小分度值为0.1g的天平；3） 切土刀，钢丝锯，凡士林； （2） 密度测定方法： 1）按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平其两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上。2）用切土刀（或钢丝锯）将土样削成略大于环刀直径的土柱。然后将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀为止。将两端其余土削平修去，取剩余的代表性土样测定含水率。3）擦净环刀外壁称量。在天平放砝码一端放一等量环刀，可直接称出湿土质量。精确至0.1g。4）按式（3.2）、式（3.3）计算密度和干密度。 （式3.2） （式3.3） 式中：湿密度（g/c）,精确至0.01g/c； 干密度（g/c）,精确至0.0

38、1g/c； 湿土质量（g）； V为环刀体积，（60）； 为环刀加湿土质量，g； 为环刀质量，g； 本实验需进行2次平行试验，其平行差值不大于0.03。取其算术平均值。 5）密度试验结果。(见下表3.2密度试验记录表)表3.2密度试验记录表试样编号湿密度（g/cm3）干密度（g/cm3）11.4580.71421.4630.716平均值1.460.715 从上表可以看出，未经固化的淤泥干密度与湿密度差别较大，淤泥颗粒间空隙较大，导致淤泥难于具有较好的力学性质。3.2.3淤泥液塑限的测定 (1) 试验所需准备的器材： 1）液塑限联合测定仪，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。圆锥

39、质量为76g，锥角为30；读书显示为光电式；试样杯内径为40-50mm,高度为30-40mm。 2）称量200g、最小分度值0.01g的水平。 3）烘箱、干燥器。 4）铝制称量盒、调土刀、孔径为0.5mm的筛、凡士林等。 （2）液塑限测定方法： 1）试验采用风干土样，并用0.5mm筛试样200g，分成3份，分别装入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别达到不同稠度的试样，分别接近液限、塑限和二者的中间值。 2）将制备好的土膏用调土刀充分搅拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试样杯的剩余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。 3）将试样杯放在联合测定仪的升降座上，调节零点，使圆

40、锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经过5s后立即测读圆锥下沉深度。然后取出试样杯，取10g以上的试样两个，测定含水率。 4）将试样从试样杯中全部挖出，再加水或吹干并调均，重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水率下的圆锥下沉深度。液塑限联合测定至少在三点以上，其圆锥入土深度宜分别控制在3-4mm，7-9mm和15-17mm。 5）按式3.4、式3.5和式3.6计算塑性指数，液性指数：（式3.4） 式中：液限（%），精确至0.1%； 干土加称量盒质量（g）; 湿土加称量盒质量（g）; 称量盒质量（g）; 塑性指数计算： （式3.5） 式中：塑性指数，精确至0.01； 液限（%）；

41、 塑限（%）。 液性指数计算： （式3.6） 式中：液性指数，精确至0.01； 天然含水率（%）； 6）液限和塑限的确定 以含水率为横坐标、以圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制含水率与圆锥入土深度关系曲线如下图所示；三点应在一直线上，当三点不在一直线上时，通过高含水率的点与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为4m出查的相应的量个含水率，当所查的两个含水率差值小于2%时，应以该两个含水率平均值的点与高含水率的点再连一直线，若两个含水率的差值大于、等于2%时，则应重做试验。 7）液塑限试验测定结果。（见下表3.3液塑限实验记录表）表3.3液塑限实验记录表 铝盒号盒重盒+湿土重盒+干土重水分

42、重量干土重量含水率%圆锥下城深度mm液限/%塑限/%塑性指数3116.6731.7426.565.189.8952.377.460.2635.824.463716.9728.9225.173.758.245.735.531323.2438.9634.364.6011.1241.363.56516.5859.6746.6213.0530.0443.444.83416.5341.0833.787.3017.2542.324.42117.4258.1545.5712.5828.1544.694.7 8）淤泥含水率与圆锥入土深度关系图，见下图3-1.图3-1淤泥含水率与圆锥入土深度关系图3.2.4淤泥

43、颗粒级配的测定(1)试验设备： 1) BT-9300H 激光粒度分布仪； 2）滴管、盛土杯、土工刀。 （2）测定方法： 1）打开电脑和激光粒度分布仪； 2）用盛土杯装载1020g的淤泥，加入纯水然后搅拌均匀； 3）开启循环系统，用清水冲洗激光分布仪器内部三遍； 4）用滴管吸取搅拌淤泥水，慢慢滴入激光分布仪内； 5）开始记录数据。 （3）测定结果： 经电脑处理后，得到一数据表格。见下图3-2。图3-2太湖淤泥的颗分曲线3.3本章小结 通过对疏浚淤泥含水率的测定，发现疏浚淤泥的含水率高于100%，大大超过了土工材料的要求；通过对疏浚淤泥密度的测定，发现疏浚淤泥的干密度为0.715g/cm3，表明淤泥的干密度很低，土的密实度低，强度很差，淤泥的稳定性也较差。通过淤泥的粒度分布试验，发现淤泥以细小颗粒为主，需要进行进一步的处理。在相应的部分进行分析和讨论，并且内容偏少，小结用一两句话总结下就可以了 要是疏浚作为土工材料，需要通过固化剂的固化作用，降低其含水率，增大其强度。本文在下一章节着重介绍固化剂的固化效果。第4章 水泥、粉煤灰和石灰改性淤泥力学特性的研究淤泥固化土的强度，就是通过固化反应在含有大量空隙的松散土体中形成固化土的骨架节后，从而使其强度提高。由于淤泥的含水量高，土颗粒松散，所以单一淤泥的强度差，不满足工程上的使用要求。若要满足要求，则需要水