稻壳灰电石渣固化膨胀土的力学特性研究(附件)
膨胀土由于其吸水膨胀软化、失水收缩干裂的特性，在工程建设中有诸多危害，对其进行必要的性质改良可以有效提高建筑物的安全性能，减少经济损失。本文通过研究稻壳灰-电石渣混合料改良膨胀土的强度特性，设置不同的配合比、含水率，分别测试在不同的养护龄期条件下，混合料抗压和抗剪的性能，再基于对试验结果的整理分析，最终得出当混合料含水率为34%、掺灰比为20%时，其抗剪强度和抗压强度都最佳，且抗剪强度和抗压强度随养护龄期的增加而增加。据此可以确定电石渣-稻壳灰改良膨胀土的最佳配合比及最佳含水率，为改良膨胀土提供一种新的思路和方法。关键词 膨胀土，电石渣，稻壳灰，抗剪强度，抗压强度
目 录
1 引言 1
1.1研究背景 1
1.2 电石渣改良膨胀土的强度形成机理分析 2
1.3 前人研究成果 2
1.4 出现的不足和展望 3
1.5 研究的目的 4
1.6 研究方法及技术路线图 4
2 稻壳灰、电石渣和膨胀土的基本物理特性 6
2.1 稻壳灰的基本物理特性 6
2.2 膨胀土的液塑限 8
2.3 膨胀土的最大干密度及最佳含水率 10
2.4 电石渣基本物理性质 12
3 稻壳灰电石渣最佳掺比 14
3.1试验仪器 14
3.2试验步骤 15
3.3试验数据及结论 16
4 稻壳灰电石渣膨胀土混合料的抗剪强度 19
4.1试验目的 19
4.2试验原理 19
4.3试验方法 19
4.4试验数据记录及整理 22
5 稻壳灰电石渣膨胀土混合料的抗压强度 50
5.1仪器设备 50
5.2试验步骤 50
5.3数据处理 50
5.4数据记录及整理 51
结 论 56
致 谢 57
参 考 文 献 58
1 引言
1.1研究背景
（1）膨胀土
膨胀土是一种膨胀、裂缝和超固结的非饱和土。由于其对气象变化的敏感性， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
常引起路面开裂、隆起或沉降、路堤、道路弯矩塌陷、边坡失稳等工程病害。在土坡和路基稳定性评价中，抗剪强度指标是一个重要的基本力学参数，膨胀土的强度变化比普通粘土更为复杂。它不仅取决于结构、吸力等因素的变化，而且还取决于膨胀土的环境、外部压力和状态。膨胀土强度特性在理论分析和工程实践中的应用，这一直是岩土界关注的问题之一。在国内外对膨胀土的研究中，人们对膨胀土的膨胀和收缩(即变形特性)有着深刻的认识。目前，抗剪强度主要基于MohrCouhomb准则.从非饱和土的角度看，有两种强度公式在岩土工程中得到了广泛的应用，一种是毕晓普公式，另一种是Fredlund二元公式，但由于吸力测量困难，在工程中尚未得到应用[]。
（2）稻壳灰
据世界粮农组织统计年鉴报道，2015 年世界水稻产量达到7 亿吨，中国的稻谷产量约为2.1 亿吨，接近全球稻谷产量的1/3。稻谷中约80%的重量是米粒、碎米和麸皮，剩余的大约占稻谷总重量的20%是稻壳。稻壳的数量非常庞大，但是目前还没有合理的大规模利用途径。以前在广大农村，稻壳一般仍采用焚烧的方式处理，不仅浪费资源，而且焚烧过程中所产生的PM2.5 加剧了空气污染。生物质发电技术得以应用后，这一问题得到了一定程度的缓解。在江苏的苏北粮食主产区，目前正在运行有20 余家生物质电厂。稻壳经气化发电得以资源化利用，但目前生物质发电企业对于发电后所产生的稻壳灰却一筹莫展。堆积的稻壳灰一方面会占用一定土地资源，另一方面由于其密度小、颗粒细，所以极易随风随水污染环境。如果能将稻壳灰资源化利用，势必将进一步推动生物质发电产业的发展和进步。
（3）电石渣
干电石废渣中主要含Ca(OH)2，可以作消电石渣的代用品，广泛用在建筑、化工、冶金、农业等行业。但当电石废渣含水量>50%时，其形态呈厚浆状，贮存、运输困难，给用户带来不便。很多厂还因其在运输途中污染路面而带来极大麻烦。因此电石废渣综合利用的关键是控制含水量。
含一定水量的电石废渣及渗滤液亦是强碱性，也含有硫化物、磷化物等有毒有害物质。根据《危险废物鉴别标准》（GB5085—2007），电石废渣属Ⅱ类一般工业固体废物；若直接排到海塘或山谷中，采用填海、填沟的有规则堆放时，根据《化工废渣填埋场设计规定》HG20504—92，对Ⅱ类一般工业固体废（物）渣，必须采取防渗措施并作填埋处置。
1.2 电石渣改良膨胀土的强度形成机理分析
卢肇钧等人提出非饱和土的抗剪强度由真粘聚力、摩擦强度和吸附强度三部分组成。非饱和土的强度与塑性指数、膨胀压力和吸力之间的关系，为探讨非饱和土抗剪强度的本质和促进工程应用提供了一种新的方法。在此基础上，谭洛荣等人进一步探讨了压实膨胀土强度与膨胀收缩特性的关系，提出了一个简单实用的膨胀土强度公式，有助于进一步了解膨胀土的强度特性[]。
电石渣可以在膨胀土的改良中发挥重要作用。这是因为电石渣会改变粘性矿物的微细结构，从而改变膨胀土的工程性质。这种效应的机制主要体现在以下三个方面：
（1）结晶作用
在电石渣稳定化过程中，只有一部分Ca（OH）2发生离子交换，大部分饱和Ca（OH）2自身结晶，膨胀土颗粒胶结成一个整体；
（2）碳酸化作用
稳定土壤中的Ca（OH）2与空气中的CO 2反应形成较硬的CaCO 3晶体。 它粘结膨胀性土颗粒，防止外部水分与强吸水矿物的有机结合，大大提高膨胀土的强度和综合性能；
（3）硬凝作用
电石渣与地球中的活性二氧化硅和氧化铝反应生成水合硅酸钙和铝酸钙水合物，并在水合作用下逐渐结晶。 硅酸钙和铝酸钙具有良好的水稳定性。 结合材料，硬化反应是建立电石渣早期强度的因素之一[]。
目 录
1 引言 1
1.1研究背景 1
1.2 电石渣改良膨胀土的强度形成机理分析 2
1.3 前人研究成果 2
1.4 出现的不足和展望 3
1.5 研究的目的 4
1.6 研究方法及技术路线图 4
2 稻壳灰、电石渣和膨胀土的基本物理特性 6
2.1 稻壳灰的基本物理特性 6
2.2 膨胀土的液塑限 8
2.3 膨胀土的最大干密度及最佳含水率 10
2.4 电石渣基本物理性质 12
3 稻壳灰电石渣最佳掺比 14
3.1试验仪器 14
3.2试验步骤 15
3.3试验数据及结论 16
4 稻壳灰电石渣膨胀土混合料的抗剪强度 19
4.1试验目的 19
4.2试验原理 19
4.3试验方法 19
4.4试验数据记录及整理 22
5 稻壳灰电石渣膨胀土混合料的抗压强度 50
5.1仪器设备 50
5.2试验步骤 50
5.3数据处理 50
5.4数据记录及整理 51
结 论 56
致 谢 57
参 考 文 献 58
1 引言
1.1研究背景
（1）膨胀土
膨胀土是一种膨胀、裂缝和超固结的非饱和土。由于其对气象变化的敏感性， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
常引起路面开裂、隆起或沉降、路堤、道路弯矩塌陷、边坡失稳等工程病害。在土坡和路基稳定性评价中，抗剪强度指标是一个重要的基本力学参数，膨胀土的强度变化比普通粘土更为复杂。它不仅取决于结构、吸力等因素的变化，而且还取决于膨胀土的环境、外部压力和状态。膨胀土强度特性在理论分析和工程实践中的应用，这一直是岩土界关注的问题之一。在国内外对膨胀土的研究中，人们对膨胀土的膨胀和收缩(即变形特性)有着深刻的认识。目前，抗剪强度主要基于MohrCouhomb准则.从非饱和土的角度看，有两种强度公式在岩土工程中得到了广泛的应用，一种是毕晓普公式，另一种是Fredlund二元公式，但由于吸力测量困难，在工程中尚未得到应用[]。
（2）稻壳灰
据世界粮农组织统计年鉴报道，2015 年世界水稻产量达到7 亿吨，中国的稻谷产量约为2.1 亿吨，接近全球稻谷产量的1/3。稻谷中约80%的重量是米粒、碎米和麸皮，剩余的大约占稻谷总重量的20%是稻壳。稻壳的数量非常庞大，但是目前还没有合理的大规模利用途径。以前在广大农村，稻壳一般仍采用焚烧的方式处理，不仅浪费资源，而且焚烧过程中所产生的PM2.5 加剧了空气污染。生物质发电技术得以应用后，这一问题得到了一定程度的缓解。在江苏的苏北粮食主产区，目前正在运行有20 余家生物质电厂。稻壳经气化发电得以资源化利用，但目前生物质发电企业对于发电后所产生的稻壳灰却一筹莫展。堆积的稻壳灰一方面会占用一定土地资源，另一方面由于其密度小、颗粒细，所以极易随风随水污染环境。如果能将稻壳灰资源化利用，势必将进一步推动生物质发电产业的发展和进步。
（3）电石渣
干电石废渣中主要含Ca(OH)2，可以作消电石渣的代用品，广泛用在建筑、化工、冶金、农业等行业。但当电石废渣含水量>50%时，其形态呈厚浆状，贮存、运输困难，给用户带来不便。很多厂还因其在运输途中污染路面而带来极大麻烦。因此电石废渣综合利用的关键是控制含水量。
含一定水量的电石废渣及渗滤液亦是强碱性，也含有硫化物、磷化物等有毒有害物质。根据《危险废物鉴别标准》（GB5085—2007），电石废渣属Ⅱ类一般工业固体废物；若直接排到海塘或山谷中，采用填海、填沟的有规则堆放时，根据《化工废渣填埋场设计规定》HG20504—92，对Ⅱ类一般工业固体废（物）渣，必须采取防渗措施并作填埋处置。
1.2 电石渣改良膨胀土的强度形成机理分析
卢肇钧等人提出非饱和土的抗剪强度由真粘聚力、摩擦强度和吸附强度三部分组成。非饱和土的强度与塑性指数、膨胀压力和吸力之间的关系，为探讨非饱和土抗剪强度的本质和促进工程应用提供了一种新的方法。在此基础上，谭洛荣等人进一步探讨了压实膨胀土强度与膨胀收缩特性的关系，提出了一个简单实用的膨胀土强度公式，有助于进一步了解膨胀土的强度特性[]。
电石渣可以在膨胀土的改良中发挥重要作用。这是因为电石渣会改变粘性矿物的微细结构，从而改变膨胀土的工程性质。这种效应的机制主要体现在以下三个方面：
（1）结晶作用
在电石渣稳定化过程中，只有一部分Ca（OH）2发生离子交换，大部分饱和Ca（OH）2自身结晶，膨胀土颗粒胶结成一个整体；
（2）碳酸化作用
稳定土壤中的Ca（OH）2与空气中的CO 2反应形成较硬的CaCO 3晶体。 它粘结膨胀性土颗粒，防止外部水分与强吸水矿物的有机结合，大大提高膨胀土的强度和综合性能；
（3）硬凝作用
电石渣与地球中的活性二氧化硅和氧化铝反应生成水合硅酸钙和铝酸钙水合物，并在水合作用下逐渐结晶。 硅酸钙和铝酸钙具有良好的水稳定性。 结合材料，硬化反应是建立电石渣早期强度的因素之一[]。
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