固化淤泥的持水特性研究

作者:王苏娜;赵仲辉;胡孝彭;张亚灿;涂欢欢 刊名:水电能源科学 上传者:马常友

【摘要】为满足固化淤泥作为土工材料用于施工时施工工艺的要求,研究非饱和固化淤泥的持水能力非常必要。结合离心机法与滤纸法的优势,采用联合测定法获得龄期为56d的固化淤泥的土水特征曲线,从孔隙水转化的角度分析了水泥掺量对固化淤泥持水特性的影响。试验结果表明,固化淤泥的持水特性随水泥掺量的增加而增加;随着水化产物的增多,土水特征曲线的空气进入值不断增大,脱水速率不断减少。

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2.重庆水利电力职业技术学院,重庆402160)1引言固化淤泥作为筑堤、回填材料用于堤坝、道路等工程施工时,要求固化淤泥有一定的持水能力[1]。目前,针对固化淤泥的持水能力已有相关研究。BarbourSL等[2]指出持水特性控制非饱和土渗透率、应力应变关系和抗剪强度等;MarcoB等[3]指出持水特性可预测不同饱和度下固化淤泥的渗透系数。固化淤泥的持水能力往往以土水特征曲线表示,获得土水特征曲线的方法[4]很多。滤纸法简单低廉[5],但低吸力段量测精度不高。采用离心机法[6]可达到土水分离的目的,进而获得低吸力段的土水特征曲线。因此,本文结合接触滤纸法和离心机法分别获取高吸力段、低吸力段的土水特征曲线,从孔隙水转化的角度分析了水泥掺量对固化淤泥持水特性的影响,结果表明固化淤泥的持水特性随水泥掺量的增加而增加;随着水化产物的增多,土水特征曲线的空气进入值不断增大,脱水速率不断减少,该结论可为固化淤泥施工提供参考。2研究方法2.1试验材料试验所用淤泥取自南京市江心洲洲头,通过比重瓶法[7]测得淤泥比重为2.60。密度计法测得淤泥的颗粒级配曲线如图1,其中砂粒、粉粒、粘粒的质量分数分别为1%、62%、37%。采用液塑限联合测定仪测得淤泥液限、塑限、塑性指数分别为52%、24%、28,判断淤泥为高液限粘土(CH)[8]。固化材料采用南京市江南水泥有限公司生产的钟山牌#32.5复合硅酸盐水泥。图1淤泥颗粒级配曲线Fig.1ParticlesizedistributioncurveofDM2.2试样制备配制试样初始含水率为77%(1.5倍液限)的淤泥。选用50、100、200、300kg/m3共4种水泥掺量,按设计配比向淤泥中加入水泥,用搅拌机强制搅拌均匀后装入水泥砂浆正方体试模(7.07cm7.07cm7.07cm),振捣密实后放入约20、湿度大于90%的养护箱养护24h,脱模后继续养护至第56d。2.3试验方法分别采用离心机、接触滤纸法获取低吸力段和高吸力段的土水特征曲线。(1)离心机试验通用高速旋转产生的离心力达成分离土体与不同势能水分的目的。设定转速分别为750、1200、2200、4000、7500r/min时进行离心机试验[9],每级转速运行3h。(2)接触滤纸法切取环刀样直径为6.18cm,高度为2.0cm,将淤泥试块切取为两个试样,放入饱和器中抽气饱和。用保鲜膜和透明胶带将试样与滤纸整体密封并静置7d,达到水气平衡状态后,计算出不同吸力阶段试样的含水率,整理获得土水特征曲线。试验所用滤纸为WhatmanNo.42型滤纸(未裁剪前滤纸直径为70mm),基质吸力(kPa)与滤纸含水率wf(%)的关系式[10]为:log=2.909-0.0229wfwf47log=4.945-0.0673wfwf<{47(1)(3)淤泥固化后结合水增量计算。通过含水率试验[7]和蒸发试验测得淤泥固化后的矿物水增量,由离心机试验测得不同转速下试样的含水率,得到土水结合势能与体积含水率的关系曲线,从该曲线上读出土水结合势能为3.8时的体积含水率,通过换算得到淤泥固化后的结合水增量。具体测量步骤参见文献[11]。3试验结果与分析3.1水泥掺量对土水特征曲线的影响图2为不同水泥掺量下固化淤泥的土水特征曲线。由图2可知:1在半对数坐标系中,固化淤泥的土水特征曲线呈反S形,在低吸力范围内,土水特征曲线基本呈水平状态,淤泥含水率几乎不随基质吸力的增大而减小,这是因为基质吸力小于空气进入值,土样仍保持饱和或接近饱和状态。图2不同水泥掺量下固化淤泥的土水特征曲线Fig.2Water

参考文献

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