垃圾渗滤液水泥土强度特性试验研究★

徐海波 周文渊

(1.安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000；2.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽 合肥 231000)

1 概述

水泥土是建筑、水利、市政等工程中一种常用的防渗材料，其形式可以通过将水泥土以桩体连接的方式形成具有一定强度的防渗墙，还可以采用回填夯实的方式形成隔渗层，具有造价低、施工便利、强度高、防渗效果突出等优点[1,2]。不同工程对水泥土材料的力学性质要求不同，如地基处理、边坡加固等工程主要利用水泥土提高原有岩土材料的强度，控制其变形，侧重于水泥土的强度和变形特性；堤坝截渗、基坑止水等工程主要利用水泥土的抗渗性能，阻断渗流通道；垃圾填埋场底部铺垫水泥土截渗既利用了水泥土的抗渗性能又利用了在一定荷载下水泥土具有较高的强度。

目前对于水泥土的研究主要集中于水泥掺入量、龄期、外掺剂、含水率、试样的制作方式和外观形状等因素对渗透特性和力学特性的影响方面；此外，水泥土的耐腐蚀性也是许多学者的研究重点。研究表明，水泥土的渗透特性和力学特性与周围作用环境直接相关；如经低浓度Mg2+溶液处理后，水泥土强度增大；但在高浓度Mg2+溶液处理后，水泥土强度反而降低。有关环境对水泥土力学性质的影响主要集中于海水、硫酸盐、氯化镁、生活污水、造纸厂污水等方面，袁伟[3]、刘泉声等[4]、白晓红等[5]对此进行了深入研究。

垃圾渗滤液是垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土层的饱和持水量，并经历垃圾层和覆土层形成的一种高浓度废水，是垃圾填埋场二次污染物中污染周边环境、地下水、地表水和影响居民健康的主要污染物[6]。由于垃圾渗滤液在物质组成、物理化学性质等方面与海水、硫酸盐、生活污水等溶液存在明显差异，渗滤液水泥土强度必然与上述成果存在差异。本文通过无侧限抗压强度试验和不固结不排水三轴压缩试验，系统揭示渗滤液水泥土的强度特性，研究成果对指导设计、施工，保障水泥土截渗墙的工程安全具有指导意义。

2 试验准备

1)土料和水泥。土料为低液限粉土，具有渗透系数高、强度较低等特点。水泥为珍珠牌普通硅酸盐水泥，型号为P.O32.5。2)垃圾渗滤液。垃圾渗滤液参照文献[6]进行人工制备。制备装置为直径15 cm、高150 cm的有机玻璃柱，底部从下往上依次布设细砂、垃圾、细砂，上部有进水口，底部设有渗滤液出水口。垃圾主要成分为厨余物67.2%、纸布类6.1%、塑料5.3%、泥土15.8%、其他5.6%。通过对有机玻璃柱淋水、浸泡，不定期取渗滤液20份，全部充分混合后即为试验所用的垃圾渗滤液。3)试样制备及方案。试样为直径39.1 mm、高80 mm的圆柱样，水泥掺入比(为水泥质量/干土质量)为8%和12%，水灰比为1∶1。为对比渗滤液对水泥土的影响，分别将水泥土在清水和渗滤液两种环境中进行养护，养护温度(20±2)℃，湿度95%以上。强度试验共做48组，其中无侧限抗压强度试验36组，三轴不固结不排水剪12组，试样龄期为7 d，14 d，28 d。

3 试验结果

3.1 无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度试验共计36组，每组3个试样，取3个试样的平均值作为该组试样的代表值，表1为各组无侧限抗压强度试样的代表值。

表1 无侧限抗压强度试验水泥土强度代表值

根据表1可知，水泥掺入比8%和12%的正常水泥土的无侧限抗压强度与龄期的关系与前人研究成果基本相似，均随龄期的增大而增大，两者呈非线性关系，在龄期14 d前，水泥土无侧限抗压强度提高显著，龄期14 d的强度约为龄期7 d强度的1.5倍；龄期14 d后水泥土强度增大幅度小于前14 d，龄期28 d的强度约为龄期14 d强度的1.2倍。相同龄期，水泥土无侧限抗压强度随水泥掺入比的增加而增大。

两种掺入比的渗滤液水泥土无侧限抗压强度随龄期的增大而增大，与龄期均呈非线性关系，龄期越短，强度增大幅度越大；反之，龄期越长，强度增大幅度变缓；以掺入比为8%为例，龄期28 d，14 d的无侧限抗压强度分别为龄期7d的2.0倍和1.5倍左右。对于相同龄期，无侧向抗压强度随水泥掺入的增大而增大。

相同龄期的渗滤液水泥土无侧限抗压强度均小于正常水泥土的强度，说明渗滤液降低了水泥土的无侧限抗压强度。水泥掺入比为8%的渗滤液水泥土，7 d，14 d，28 d龄期的强度分别为正常水泥土相同龄期的0.62，0.66和0.69倍；水泥掺入比为12%的渗滤液水泥土，7 d，14 d，28 d龄期的强度分别为正常水泥土相同龄期的0.7，0.71和0.73倍；即渗滤液对强度的影响还与水泥掺入比的多少有关，水泥掺入比越大渗滤液对强度的影响越小。

3.2 不固结不排水三轴压缩(UU)试验

不固结不排水三轴压缩试验共计12组，正常水泥土和渗滤液水泥土均做6组，每种掺入比在7 d,14 d和28 d龄期分别做一组试验，每组试验采用的围压有100 kPa,200 kPa,400 kPa和600 kPa四种。表2为UU试验各组水泥土破坏强度值，表3通过摩尔圆求得的各组试验的抗剪强度参数。

表2 UU试验水泥土破坏强度

表3 UU试验抗剪强度参数

正常水泥土和渗滤液水泥土测得的破坏强度均随龄期的增加而增大，随水泥掺入比的增大而增大；对于相同龄期、相同水泥掺入比的水泥土破坏强度值基本上是相同的。渗滤液水泥土破坏强度小于相同条件下正常水泥土的破坏强度值，减小程度与龄期、水泥土掺入比均相关；龄期越长水泥土强度减小的越大，水泥掺入比越大，水泥土强度减小的越小；渗滤液水泥土龄期越长渗滤液对水泥土的侵蚀越充分，势必减小水泥土的强度，而另一方面随着龄期的增大，水泥土土体发生的物理化学反应越充分，提高了水泥土的强度，但两者之中水泥掺入比对强度的影响起主导作用，因此渗滤液水泥土强度宏观上表现出随龄期的增大而增加。表3中，水泥土凝聚力介于141 kPa～511 kPa之间；两种环境下的水泥土试样凝聚力均随水泥掺入比的增大和龄期的增大而增加；相同条件下，渗滤液水泥土的凝聚力小于正常水泥土。

4 结论

1)根据无侧限抗压强度试验结果，无论正常水泥土还是渗滤液水泥土，无侧限抗压强度均随龄期的增大和水泥掺入比的增大而增加，且与龄期均呈非线性关系，龄期越短，强度增大幅度越大；反之，龄期越长，强度增大幅度变缓；渗滤液水泥土强度小于正常水泥土的强度，强度的减小程度与水泥掺入比的大小相关，水泥掺入比越大渗滤液对强度的影响越小。

2)根据常规三轴不固结不排水试验(UU)结果，正常水泥土和渗滤液水泥土测得的破坏强度均随龄期的增加和水泥掺入比的增加而增大；相同龄期、相同水泥掺入比，水泥土的破坏强度基本上是相同的；渗滤液水泥土破坏强度小于相同条件下正常水泥土的破坏强度值，减小程度与龄期、水泥土掺入比均相关；龄期越长水泥土强度减小的越大，水泥掺入比越大，水泥土强度减小的越小。

3)渗滤液水泥土龄期越长，渗滤液对水泥土的侵蚀越充分，势必减小水泥土的强度，而另一方面随着龄期的增大，水泥土土体发生的物理化学反应越充分，提高了水泥土的强度，但两者之中水泥掺入比对强度的影响起主导作用，因此渗滤液水泥土强度宏观上表现出随龄期的增大而增加。