一种抗冻融固化淤泥土及其制备方法与流程

本发明涉及土木工程、水利工程等工程材料领域，尤其是一种能够有效抵抗自然界的冻融循环劣化作用的抗冻融固化淤泥土及其制备方法。
背景技术：
：固化淤泥土作为一种工程填料，一方面能够为土木工程、水利工程等领域提供一种材料，极大的降低了工程成本；同时，消耗了大量的疏浚淤泥，促进了疏浚淤泥的大规模资源化利用，降低了疏浚淤泥堆积污染土壤和水域等环境问题的风险。但是，固化淤泥土应用于工程填筑以后，长期处于大气环境作用下，其力学性能将持续劣化。特别是在冻融循环的作用下，固化淤泥土的内部结构将受到持续的破坏，进而导致其力学性能持续衰减，最终导致填筑工程体功能弱化甚至失效。现有技术通过降低含水率、掺入砂石集料等方式，提升固化淤泥土的抗冻融性能，但是存在淤泥降水困难、集料成本高等缺点。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种抗冻融固化淤泥土及其制备方法，可以解决淤泥降水困难、集料成本高的问题，能够有效提升固化淤泥土的即时力学性能，同时抑制冻融循环作用对固化淤泥土的劣化作用，强化了固化淤泥土填筑工程的安全性能。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种抗冻融固化淤泥土，它包括下述重量份配比的组份：其中，淤泥为现场采集获得的淤泥，取出其中的树枝、树叶等杂物即可，不需要进行其他的预处理；膨润土为钠基膨润土，其碱性系数大于1，钠基膨润土的基本特性如表1所示：表1钠基膨润土的基本特性蒙脱石质量含量ph值膨胀容胶质价吸水率≥60-88(％)8.9～1025～50ml/g≥99ml/15g250％～350％湿压强度水分吸蓝量na2o≥0.23(mpa)≤12≥80mol/100g≥1.28优选地，各组分的重量份配比为：水泥为普通硅酸盐325水泥。生石灰中，氧化钙质量含量为85-95％，优选为90％。一种上述抗冻融固化淤泥土的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1：现场采集淤泥，去除其中的树枝、树叶等杂物；步骤2：将淤泥、水泥、生石灰和膨润土，按照上述重量份配比混合，进行充分搅拌，制得混合均匀的固化淤泥土流体；步骤3：将步骤2得到的固化淤泥土流体进行振捣，挤出内部气泡，使其密实，制得密实的固化淤泥土流体；步骤4：将步骤3得到的密实的固化淤泥土流体存放一定时间使其硬化，得到硬化的固化淤泥土；步骤5：将步骤4得到的硬化的固化淤泥土进行养护，即得到所述抗冻融固化淤泥土。步骤5的养护在恒温恒湿箱中进行，温度为25℃，湿度为95％，养护时间为25-30天。本发明提供的一种抗冻融固化淤泥土能够有效抵抗冻融循环劣化，其原理为：1、膨润土作为细颗粒填充于固化淤泥土的孔隙中，有效的降低了固化淤泥土的孔隙率，优化了其级配，进而有效地提升其即时力学性能。2、固化淤泥土降温冻结的过程中，其内部的膨润土颗粒失水收缩，有效的抵消了水-冰转化作用造成的冻胀破坏作用，进而保护固化淤泥土在冻结过程中的内部结构完整。3、固化淤泥土升温融化的过程中，其内部的膨润土颗粒吸水膨胀，有效的抵消了冰-水转化作用造成的收缩破坏作用，进而保护固化淤泥土在融化过程中的内部结构完整；4、基于上述冻融循环过程中膨润土的湿胀干缩效应对冻胀干缩效应的抵消作用，固化淤泥土能够有效的抵抗冻融劣化作用。本发明提供的一种抗冻融固化淤泥土及其制备方法，可以解决淤泥降水困难、集料成本高的问题，能够有效提升固化淤泥土的即时力学性能，同时抑制冻融循环作用对固化淤泥土的劣化作用，强化了固化淤泥土填筑工程的安全性能。膨润土储量丰富、价格低廉，能够大大降低成本。附图说明下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明实施例六中每一种法向压力作用下，冻融循环次数为18次时，不同膨润土含量固化淤泥土，相对于0次冻融循环时的强度衰减系数图；图2为本发明实施例七中不同质量含量的试样在0次、3次、6次、12次、18次冻融循环时，分别进行各试样的无侧限抗压强度试验结果曲线图。具体实施方式实施例一一种抗冻融固化淤泥土，它包括下述重量的组份：淤泥100千克水泥5千克膨润土0.5千克其中，淤泥为现场采集获得的淤泥，取出其中的树枝、树叶等杂物即可，不需要进行其他的预处理；膨润土为钠基膨润土，其碱性系数大于1。实施例二一种抗冻融固化淤泥土，它包括下述重量的组份：其中，淤泥为现场采集获得的淤泥，取出其中的树枝、树叶等杂物即可，不需要进行其他的预处理；膨润土为钠基膨润土，其碱性系数大于1。实施例三一种抗冻融固化淤泥土，它包括下述重量的组份：其中，淤泥为现场采集获得的淤泥，取出其中的树枝、树叶等杂物即可，不需要进行其他的预处理；膨润土为钠基膨润土，其碱性系数大于1。实施例四一种抗冻融固化淤泥土，它包括下述重量的组份：其中，淤泥为现场采集获得的淤泥，取出其中的树枝、树叶等杂物即可，不需要进行其他的预处理；膨润土为钠基膨润土，其碱性系数大于1。上述各实施例中水泥为普通硅酸盐325水泥。生石灰中，氧化钙质量含量为85-95％，优选为90％。实施例五一种上述实施例1-4中任一项所述的抗冻融固化淤泥土的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1：现场采集淤泥，去除其中的树枝、树叶等杂物；步骤2：将淤泥、水泥、生石灰和膨润土，按照上述重量份配比混合，进行充分搅拌，制得混合均匀的固化淤泥土流体；步骤3：将步骤2得到的固化淤泥土流体装入圆柱形模具(直径61.8毫米、高20毫米)，置入振捣器进行振捣，挤出内部气泡，使其密实，制得均匀密实的固化淤泥土流体；步骤4：将步骤3得到的密实的固化淤泥土流体存放3日后使其硬化，对其脱模，得到硬化的固化淤泥土；步骤5：将步骤4得到的硬化的固化淤泥土进行养护，即得到所述抗冻融固化淤泥土。步骤5的养护在恒温恒湿箱中进行，温度为25℃，湿度为95％，养护时间为25-30天，优选28天。实施例六模拟冻融循环作用，分析膨润土含量对固化淤泥土抗剪强度的影响按照实施例五的方法制备不同膨润土质量含量的抗冻融固化淤泥土样品，共制备四份抗冻融固化淤泥土样品，配方为：抗冻融固化淤泥土样品一：抗冻融固化淤泥土样品二：抗冻融固化淤泥土样品三：抗冻融固化淤泥土样品四：将上述四份抗冻融固化淤泥土样品进行冻融循环模拟，步骤如下：1、将养护完成的试样取出，抽真空饱和后用保鲜袋密封以防止水分蒸发；2、将各试样对试样进行18次冻融循环，分析冻融循环对试样进行力学性能的影响。一次冻融循环为：将试样置于-10℃的温度下冻结12小时，然后取出，置于25℃的温度下融化12小时，即完成一个冻融循环过程。进行上述四份抗冻融固化淤泥土样品在0次冻融循环时和18次冻融循环时分别进行快剪试验，根据《土工试验方法标准》(gb/t50123-1999)(2007版)进行，设置不同的法向应力100kpa、200kpa、300kpa、400kpa。定义为强度衰减系数为固化淤泥土经历18次冻融循环后，其强度相对于0次冻融循环时的衰减程度，如下式(1)所示。其中，fi为任一膨润土含量、任一法向应力作用下的强度衰减系数；s18和s0分别为固化淤泥土经历18次和0次冻融循环后，相应条件下的抗剪强度，kpa。测得不同膨润土含量、不同法向应力作用下的固化淤泥土强度衰减系数，如表2所示表2根据上述数据，每一种法向压力作用下，冻融循环次数为18次时，不同膨润土含量固化淤泥土，相对于0次冻融循环时的强度衰减系数图如图1所示。从表2的数据以及图1可以看出，对于任何一种法向压力作用下，随着固化淤泥土中膨润土含量从0.5％增加值5％，固化淤泥土的强度衰减程度逐渐降低(强度衰减系数逐步减小)；由于固化淤泥土中固化反应的继续进行，当膨润土含量较高时(3％、5％)，固化淤泥土经历18次冻融循环以后，其强度甚至会比无冻融循环时更大，出现了强度的逆生长(强度衰减系数为负值)；由此可见，膨润土的掺入能够显著的提升固化淤泥土的抗冻融能力。实施例七模拟冻融循环作用，分析膨润土含量对固化淤泥土抗剪强度的影响按照实施例五的方法制备不同膨润土质量含量的抗冻融固化淤泥土样品，不同点在于制备试样的模样尺寸不同，此实施例的模具为直径31.8mm、高80mm的圆柱形模具，共制备四份抗冻融固化淤泥土样品，配方为：抗冻融固化淤泥土样品一：抗冻融固化淤泥土样品二：抗冻融固化淤泥土样品三：抗冻融固化淤泥土样品四：将上述四份抗冻融固化淤泥土样品进行冻融循环模拟，步骤如下：1、将养护完成的试样取出，抽真空饱和后用保鲜袋密封以防止水分蒸发；2、将各试样对试样进行0次、3次、6次、12次、18次冻融循环。一次冻融循环为：将试样置于-10℃的温度下冻结12小时，然后取出，置于25℃的温度下融化12小时，即完成一个冻融循环过程。在0次、3次、6次、12次、18次冻融循环时，分别进行各试样的无侧限抗压强度试验，试验方法根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(jtg51-2009)进行，得到数据如下：膨润土质量含量为0.5％的试样试验结果如表3所示表3膨润土质量含量为1％的试样试验结果如表4所示表4冻融循环次数无侧限抗压强度(kpa)01453.1331416.2561475.63121501.68181693.75膨润土质量含量为3％的试样试验结果如表5所示表5冻融循环次数无侧限抗压强度(kpa)01831.8831851.2561886.25121890.63181978.13膨润土质量含量为5％的试样试验结果如表6所示表6冻融循环次数无侧限抗压强度(kpa)01663.7531730.6361866.25121873.13181885.75根据表3-6的数据，得到不同质量含量的试样在0次、3次、6次、12次、18次冻融循环时，试样无侧限抗压强度试验结果的曲线图如图2所示。结果分析：从图2中可知，随着膨润土的掺入，固化淤泥土的即时强度得到大幅的增长，并且每一中冻融循环次数下的无侧限抗压强度，相对于不含膨润土时都有较大的增长；对于不含膨润土的固化淤泥土，其无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加而衰减，当掺入膨润土以后，固化淤泥土的无侧限抗剪强度不再随着冻融循环次数的增加而衰减，而是出现了一定程度的增长；由此可见，膨润土的掺入能够显著的提升固化淤泥土的抗冻融劣化能力，并且存在一个临界值(此处为3％)，超过该临界值，抗冻融效果将弱化。上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制。本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围，应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案等，为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。当前第1页12