力学特性试验研究

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1、废钢渣与黏土的混合土材料力学特性试验研究摘要:目的了解废钢渣与黏土的混合土材料的力学特性，为废钢渣在黏土地基处理中的应用提供理论依据。方法通过分析废钢渣的矿物成份、理化性能，提出了用废钢渣作为主要地基处理材料的设想；并且根据废钢渣与黏土的混合土的三轴压缩，研究废钢渣及其混合物的力学特性。结果总结出废钢渣与黏土的配合比及龄期的变化对混合土力学性质影响的基本规律，废钢渣与黏土的混合土材料的粘聚力、内摩擦角、最大主应力差、初始弹性模量均较大，所以采用废钢渣对黏土搅拌压实后，处理后的土体与自然土体相比较，可有效地提

2、高地基的承载能力、降低基础的沉降量。结论废钢渣可以作为一种环保型地基改良材料应用到软土地基处理中去，从而维持建筑物的长期使用性能。关键词:废钢渣；力学特性；三轴压缩试验；循环利用0引言加强环境保护和资源有效利用是当今世界主题，钢渣作为钢铁工业的主要副产品之一，是炼钢过程中产生的废渣，数量约为钢产量的15%一20%[1]，钢渣作为一种废弃资源如何科学有效地综合利用、变废为宝、应用到土木工程建设中是一项重要的课题。对于废钢渣的矿物成份、理化性能及其基本力学特性，国内外许多学者都已经进行了大量研究，同时取得了大量

3、的研究成果。对于工业废钢渣的再利用上，在诸如日本美国等发达国家，废钢渣已充分应用到工程建设中，其回收率基本达到100%。而我国对于废钢渣的回收再利用上只有国外的一半左右，研究深度和广度不够，资源流失比例仍然不小。本文主要通过分析废钢渣的矿物成份、理化性能，提出了用废钢渣作为主要地基处理材料的设想；并且根据废钢渣与黏土的混合土的三轴压缩，研究废钢渣及其混合物的力学特性，为废钢渣在软土地基处理中的应用提供理论依据；再通过进一步的分析废钢渣在处理软土地基中的作用机理、作用效果以及合理的应用形式，综合论证废钢渣在可

4、以作为一种环保型地基改良材料应用到软土地基处理中去，通过对基础下部的软土层进行整体或局部地基处理，以提高地基的承载力，降低基础的沉降量，从而维持建筑物的长期使用性能。根据各种分析及试验所得出的数据表明，废钢渣可以作为一种环保型材料应用到软土地基处理中去。不仅达到环境保护的目的，也可以在本地区乃至我国取得良好的经济和社会效益。同时，本课题的实施将为复合地基的发展做出巨大贡献，在岩土工程理论与实践的发展等方面上有着重要意义。1材料的物理化学性质及试件制作由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大。

5、具体见参考文献[17]本文未对所采用废钢渣的化学成分进行具体分析。由于原矿石成分、制作工艺等原因，废钢渣的化学成分有所变化，其力学特性也稍有变化。根据日本废钢渣协会的统计结果[15-16]，其主要化学成分为CaO、SiO2、T-Fe、MgO、Al2O3，各矿物质成份的平均含量如表[17]。无论是水淬高炉渣，还是制钢渣都具有较强的水硬性。并且由于CaO的影响，与水反应，废钢渣的PH值可达到10-12，采用废钢渣进行地基处理，一方面可以提高地基承载力，同时达到基础防腐的目的。表2废钢渣与黏土的混合土材料试样制备

6、比例配合比废钢渣质量/kg黏土质量/kg掺水量/mLGc100—7.52000Gc801.56.02000Gc603.04.52000Gc404.53.02000本实验中的试料采用鞍山钢铁公司制钢渣与黏土混合制成。废钢渣与黏土的混合土材料三轴压缩试验根据围压σ3（50kPa、100kPa、150kPa）、养护龄期D（1d、3d、7d）、试块的配合比（Gc100、Gc80、Gc60、Gc40）的不同进行分类（注：Gc100、Gc80、Gc60、Gc40分别代表黏土占固体材料的含量为100%、80%、60%、4

7、0%），具体见表2。但是考虑到黏土的蠕变特性（应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象），以及黏土受含水率影响很大等因素，所以100%纯黏土只进行养护龄期为一天（D=1d）的三轴压缩试验，共计30种组合条件。由于试料颗粒组成较为均匀，具有普遍的代表性，而且经过先期试验摸索比较，发现试验的精度与可再现性很强，故在同一种条件下实施3组三轴压缩试验，总计90组试验。具体实验方案见表3。表3废钢渣与黏土的混合土材料三轴压缩试验方案配合比D=1dD=3dD=7dσ3=50kPaσ3=100kPaσ3=150kPa

8、σ3=50kPaσ3=100kPaσ3=150kPaσ3=50kPaσ3=100kPaσ3=150kPaGc100√√√——————Gc80√√√√√√√√√Gc60√√√√√√√√√Gc40√√√√√√√√√分别称取一定质量的废钢渣和黏土，充分搅拌混合后，加入2000ml水，再次搅拌均匀。将搅拌均匀的混合料分四层装入直径为39.1mm，高度为80mm的击实筒内分层击实，每20mm层深击一次，每次击10下，锤击高