力學(xué)特性試驗(yàn)研究

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1、廢鋼渣與黏土的混合土材料力學(xué)特性試驗(yàn)研究摘要:目的了解廢鋼渣與黏土的混合土材料的力學(xué)特性，為廢鋼渣在黏土地基處理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。方法通過(guò)分析廢鋼渣的礦物成份、理化性能，提出了用廢鋼渣作為主要地基處理材料的設(shè)想；并且根據(jù)廢鋼渣與黏土的混合土的三軸壓縮，研究廢鋼渣及其混合物的力學(xué)特性。結(jié)果總結(jié)出廢鋼渣與黏土的配合比及齡期的變化對(duì)混合土力學(xué)性質(zhì)影響的基本規(guī)律，廢鋼渣與黏土的混合土材料的粘聚力、內(nèi)摩擦角、最大主應(yīng)力差、初始彈性模量均較大，所以采用廢鋼渣對(duì)黏土攪拌壓實(shí)后，處理后的土體與自然土體相比較，可有效地提

2、高地基的承載能力、降低基礎(chǔ)的沉降量。結(jié)論廢鋼渣可以作為一種環(huán)保型地基改良材料應(yīng)用到軟土地基處理中去，從而維持建筑物的長(zhǎng)期使用性能。關(guān)鍵詞:廢鋼渣；力學(xué)特性；三軸壓縮試驗(yàn)；循環(huán)利用0引言加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和資源有效利用是當(dāng)今世界主題，鋼渣作為鋼鐵工業(yè)的主要副產(chǎn)品之一，是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，數(shù)量約為鋼產(chǎn)量的15%一20%[1]，鋼渣作為一種廢棄資源如何科學(xué)有效地綜合利用、變廢為寶、應(yīng)用到土木工程建設(shè)中是一項(xiàng)重要的課題。對(duì)于廢鋼渣的礦物成份、理化性能及其基本力學(xué)特性，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，同時(shí)取得了大量

3、的研究成果。對(duì)于工業(yè)廢鋼渣的再利用上，在諸如日本美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，廢鋼渣已充分應(yīng)用到工程建設(shè)中，其回收率基本達(dá)到100%。而我國(guó)對(duì)于廢鋼渣的回收再利用上只有國(guó)外的一半左右，研究深度和廣度不夠，資源流失比例仍然不小。本文主要通過(guò)分析廢鋼渣的礦物成份、理化性能，提出了用廢鋼渣作為主要地基處理材料的設(shè)想；并且根據(jù)廢鋼渣與黏土的混合土的三軸壓縮，研究廢鋼渣及其混合物的力學(xué)特性，為廢鋼渣在軟土地基處理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)；再通過(guò)進(jìn)一步的分析廢鋼渣在處理軟土地基中的作用機(jī)理、作用效果以及合理的應(yīng)用形式，綜合論證廢鋼渣在可

4、以作為一種環(huán)保型地基改良材料應(yīng)用到軟土地基處理中去，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)下部的軟土層進(jìn)行整體或局部地基處理，以提高地基的承載力，降低基礎(chǔ)的沉降量，從而維持建筑物的長(zhǎng)期使用性能。根據(jù)各種分析及試驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)表明，廢鋼渣可以作為一種環(huán)保型材料應(yīng)用到軟土地基處理中去。不僅達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的，也可以在本地區(qū)乃至我國(guó)取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。同時(shí)，本課題的實(shí)施將為復(fù)合地基的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)，在巖土工程理論與實(shí)踐的發(fā)展等方面上有著重要意義。1材料的物理化學(xué)性質(zhì)及試件制作由于化學(xué)成分及冷卻條件不同造成鋼渣外觀(guān)形態(tài)、顏色差異很大。

5、具體見(jiàn)參考文獻(xiàn)[17]本文未對(duì)所采用廢鋼渣的化學(xué)成分進(jìn)行具體分析。由于原礦石成分、制作工藝等原因，廢鋼渣的化學(xué)成分有所變化，其力學(xué)特性也稍有變化。根據(jù)日本廢鋼渣協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[15-16]，其主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、T-Fe、MgO、Al2O3，各礦物質(zhì)成份的平均含量如表[17]。無(wú)論是水淬高爐渣，還是制鋼渣都具有較強(qiáng)的水硬性。并且由于CaO的影響，與水反應(yīng)，廢鋼渣的PH值可達(dá)到10-12，采用廢鋼渣進(jìn)行地基處理，一方面可以提高地基承載力，同時(shí)達(dá)到基礎(chǔ)防腐的目的。表2廢鋼渣與黏土的混合土材料試樣制備

6、比例配合比廢鋼渣質(zhì)量/kg黏土質(zhì)量/kg摻水量/mLGc100—7.52000Gc801.56.02000Gc603.04.52000Gc404.53.02000本實(shí)驗(yàn)中的試料采用鞍山鋼鐵公司制鋼渣與黏土混合制成。廢鋼渣與黏土的混合土材料三軸壓縮試驗(yàn)根據(jù)圍壓σ3（50kPa、100kPa、150kPa）、養(yǎng)護(hù)齡期D（1d、3d、7d）、試塊的配合比（Gc100、Gc80、Gc60、Gc40）的不同進(jìn)行分類(lèi)（注：Gc100、Gc80、Gc60、Gc40分別代表黏土占固體材料的含量為100%、80%、60%、4

7、0%），具體見(jiàn)表2。但是考慮到黏土的蠕變特性（應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象），以及黏土受含水率影響很大等因素，所以100%純黏土只進(jìn)行養(yǎng)護(hù)齡期為一天（D=1d）的三軸壓縮試驗(yàn)，共計(jì)30種組合條件。由于試料顆粒組成較為均勻，具有普遍的代表性，而且經(jīng)過(guò)先期試驗(yàn)摸索比較，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)的精度與可再現(xiàn)性很強(qiáng)，故在同一種條件下實(shí)施3組三軸壓縮試驗(yàn)，總計(jì)90組試驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表3。表3廢鋼渣與黏土的混合土材料三軸壓縮試驗(yàn)方案配合比D=1dD=3dD=7dσ3=50kPaσ3=100kPaσ3=150kPa

8、σ3=50kPaσ3=100kPaσ3=150kPaσ3=50kPaσ3=100kPaσ3=150kPaGc100√√√——————Gc80√√√√√√√√√Gc60√√√√√√√√√Gc40√√√√√√√√√分別稱(chēng)取一定質(zhì)量的廢鋼渣和黏土，充分?jǐn)嚢杌旌虾?，加?000ml水，再次攪拌均勻。將攪拌均勻的混合料分四層裝入直徑為39.1mm，高度為80mm的擊實(shí)筒內(nèi)分層擊實(shí)，每20mm層深擊一次，每次擊10下，錘擊高