掺废弃钢渣的水泥土强度特性试验探讨

张洪鹏

摘要：废弃钢渣经过一定的加工处理可以二次使用，既能节约资源，又可以减少环境污染，推动地区经济发展，因此对于开展有关废弃钢渣水泥土强度特性试验具有重要意义。本文主要探讨了钢渣渗入量和抗剪强度的关系、龄期与抗剪强度的关系、正应力和剪切强度的应变关系，通过大量的分析比较得出结论：随着垂直压力的增加，其抗剪强度也在提高;随着龄期时间的增长，破坏的脆性程度也在增加。

关键词：废弃钢渣;强度特性;直剪试验;水泥土

钢渣是钢铁生产过程中不可或缺的一种产品，它和水一样具有相似的矿物质成分，可以作为二次资源进行再次使用。这些年，许多国家非常重视对钢渣的研究和利用，基本上实现了需求平衡的状态。我国对钢渣的开采利用较晚，利用率目前不超过35%。循环使用废弃钢渣不但可以减少水泥的用量，而且可以保护环境，同时可以增加水泥土的强度。在土木工程地基中，可以研究掺废弃钢渣的水泥土强度特性，便于加固软土地基。

对于一般建筑单体，普遍存在相同问题：由于水泥土强度较低，直接造成复合地基承受力不足、后期变大变形。因此有必要研究怎样才能提高水泥土力学性能。有些学者研究了水泥砂浆固化土的抗拉、抗压强度，却很少研究拉剪强度，这样不利于认识水泥砂浆固化土的强度特性。通过研究掺砂水泥土的抗压强度，分析在不同龄期、不同掺砂量的条件下，抗压强度的变化规律，表明在一定条件下的水泥掺量，加入固定数量的砂，可以增强水泥土的强度。本次实验主要是探讨掺废弃钢渣的水泥土强度特性以及关于掺废弃钢渣加固软土强度直剪实验的研究。

一、实验设备和方法

（一）所需原料

实验所需43.5级普通硅酸盐水泥、淤泥质土、普通电钢渣（必须经1.27mm筛选得到）、普通自来水。下图是实验配比表：

（二）实验办法

在试验开始前制作水泥土试块，应充分考虑到钢渣、泥土、水泥各种因素的变量，根据一定的比例进行操作。

下面具体描述如何制作试块：将水泥、烘土干、钢渣混合搅拌后同时倒入JJ-7型搅拌机，再加入对应份量的水搅匀搅拌20min后，将混合土取出来填入到环刀内，用击样器分层击碎混合土。完成这一系列操作后，送入养护室养护10、17、32小时，一般来说养护温度为（21±3 ）℃最为适宜，湿度大于90%最为适宜，当养护到了规定的时间后，进行直剪试验。

二、钢渣渗入量和抗剪强度的关系

研究抗剪強度时，有必要讨论钢渣渗入量和抗剪强度之间的关系。翻阅部分指数函数图文资料可发现如下规律：

（一）指数函数拟合8、15天的曲线关系最合适，龄期为30天的钢渣渗入量和抗剪强度不再符合指数函数的关系，其原因为30天钢渣水化作用明显。

（二）当龄期为8天，当钢渗入量为15%，竖直压力为220、320、420时，抗剪强度的压力是最大的。同理，在龄期为15天时也能得到相同结论。

三、龄期与抗剪强度的关系

在物理研究中最常见的一种曲线既是龄期和抗剪强度的变化曲线，反映的是强度随时间的变化曲线，也就是tf-T曲线，如图一所示。T即为试样养护龄期，tf即为试样剪切抗剪强度，通过研究这种曲线，可以得出如下所示

龄期/T   如图一所示：

（一）分析tf-T曲线，可以找到符合本试验曲线的结构模型，研究符合何种条件下的抗剪强度最大，便于为试验的最佳配比提供条件。

（二）当曲线斜率幅度逐渐增强，说明在同等压力作用下，随着龄期的增长，其抗剪强度也会增加，随着养护龄期时间的增加，其整体呈现出一个不断向上增长的趋势。结论：在养护试样期间，水泥土的抗剪强度受钢渣和水泥的水化作用影响明显，这

些物质可以增加抗剪强度，曲线斜率呈不断增长的趋势。

四、正应力和剪切强度的应变关系

（一）竖向压力与抗剪强度的关系

通过分析竖向压力与抗剪强度的曲线图（如图二所示）可以发现：在包含纯水泥的水泥土掺和一定比例的钢渣，可以提高水泥土的抗剪强度。钢渣既能增加试块强度，又能加固软土。当养护时间不断增加时，同等比例的样品其抗剪强度增加。养护时间越长，钢渣和水泥的水化反应越强烈，试验强度也就越高。（二）应力应变曲线

在材料力学中，应力应变曲线是一种最普遍最基础的图形。研究这种曲线，有利于分析试件变形和抗剪强度的关系，具体实验结果如下：当抗剪强度不断增加，竖直压力下的应变也不断增加，当垂直压力为200kpa时没有垂直压力为300kpa变形效果明显。同理垂直压力为300kpa变形效果小于垂直压力为400kpa。当施加的垂直压力越大，其变形效果越明显。当垂直压力达到400kpa后，随着抗剪强度的加大，其曲线斜率明显下降，变形幅度反而随着抗剪强度增加而减弱。图三所示即为应力应变曲线。

五、结语：

本文主要研究了在水泥土中混入钢渣，水泥土强度的具体变化。发现混入废弃钢渣的水泥土强度的大小受钢渣含量、抗剪强度、龄期的影响。得出如下结论：随着竖向压力的增加，应力应变曲线呈现不断增长的趋势。当钢渣配比为10%、水泥配比20%，抗剪强度最大，掺钢渣效果最好。

参考文献：

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