实验4固化强度测试Word下载.docx

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水泥固化块来自2014年4月25日下午进行的水泥固化实验，原材料为粉笔渣（筛分后代替含重金属飞灰等危险废物）40g,水泥60g、黄砂70g（筛分后）和水400g。

具体原料组成见下表：

表1水泥固化各原料投配表

组分

标准目数/目

孔径尺

寸/mm

质量/g

比重/%

粉笔

20

0.9

40

7.02

黄砂

60

0.3

7

1.23

12.28

100

0.15

16

2.81

120

0.125

22.8

4.00

140

0.105

15.8

2.77

180

0.188

8.4

1.47

水泥

-

10.53

水

400

70.18

总质量

570

制作好的水泥固化体高大约6cm，直径大约为4cm的圆柱体，见图1.

图1放置14d后的水泥固化体图

2.2实验设备

压力测定仪名称：

RFP-03型智能测力仪

作用：

用于测定水泥固化块强度

图2RFP-03型智能测力仪

本系列智能测力仪能够把测得的力值数据由单片机根据使用要求进行数字化处

理，可配套用于各种压力机、试验机的显示控制部分，用途广泛。

主要技术参数：

额定工作电压：

AC380V±

10%,50Hz

功耗：

w30W

非线性重复性误差：

w1%

工作温度：

0—40r

外形尺寸：

360X140X220mm（开孔尺寸350

x130X220mm）

打印纸尺寸：

57x30mm

仪表保险丝：

15A

3•实验步骤

称取模拟废渣40g（已粉碎至20目）、黄砂70g（经过筛分，具体见表1）、水泥60g于搅拌锅内，安装好；

人工搅拌10~15s后，缓缓加入适量的水，180s±

5s后停搅拌；

迅速倾入置于台上的模具内（高为8cm，直径为4cm）进行制样，振动1~2min，刮平，自然养护24h，采用试样筒，分3层压实成型，试样干密度控制为1.8g/cm3,24h后拆膜，并放于标准养护箱（温度20±

2C，湿度95%以上）中养护。

用滤纸拭去浸泡好的试样周围的残余渗沥液，试样无侧限抗压强度采用《土工试

验方法标准》（GB/T50123-1999）［3］进行测定，轴向应变速率为每分钟应变3%,仪器

采用YYW-1新标准石灰土无侧限压力仪［3］。

实验过程记录：

1.固化块强度测定情况

表2固化块强度测定过程现象记录表

水泥固化时间：

2014年4月25日测定强度时间：

2014年5月09日

水泥添加量：

10.53%养护时间：

14d

固化块截面直径D=4cm，表面积A=0.1257m2

步骤

本组情况

别组情况

脱模，将水泥固

化块轻轻从塑

料模具中敲出

脱模过程基本没有差别，要注意的是将固化块从模具中敲出过程中需避免敲打的木板与固化块的直接接触，如果在强度测定之前固化块已经被击打出裂痕，会影响强度测定

固化块表面观

察

固化块表面上部较为干燥，下部仍有些湿润

固化块表面整体较干

燥，凝固效果较好

抗压最大强度

0.5kN，即3.979KPa

3.16kN,即卩25.14KPa,

有些甚至可达39.78kN

以上

轻度测定过程

中的形变

固化块在压力仪作用

下很快形变，且形变程

度较大

形变过程较慢，在抗压

达最大后开始形变，形

变程度较小

破碎后的固化

块内部情况

湿润程度较高

湿润程度较低

从本次强度测定的结果来看，本组制作的固化块的抗压效果并不理想，主要体现在固化体表面下部和破碎后的固化块内部存在一定湿润度，且抗压强度最大仅有0.5kN,且受压后形变很快，说明固化效果不会。

反观其他组的结果，不乏效果比较理想的，比如表格中的其他组情况是比较理想的结果。

最大抗压抗压强度普遍大于2kN，有些达到3.16kN，个别甚至达到5kN以上，而且受压后的形变程度仍然较小,说明固化块强度大，固化效果好。

具体见图3。

图3本组固化体强度测试情况

2.原因深层分析

探究本次实验固化体强度如此低的原因，应该是水泥与水的比例太低所导致的。

按照国标法测定水泥固化体强度，查阅《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》

（GB/T17671—1999）,要求水泥固化体在配置过程中胶砂的质量配合比应为一份水泥，三份标准砂，和半份水（见5.3）（水灰比为0.5），即水泥：

砂：

水=1:

3:

0.5。

而从表1中看到本次固化实验的原料分别为原材料为粉笔渣（筛分后代替含重金属飞灰等危险废物）40g,水泥60g、黄砂70g（筛分后）和水400g，混合后的水泥：

砂：

水=6:

11:

40，其中水灰比为3:

20，远远小于0.5，所以导致了固化体形变后的内部仍然很湿润，而抗压能力很低，由此推断本次固化实验的效果不理想。

[1]蒋建国,赵振振,王军，张妍,杜雪娟.焚烧飞灰水泥固化技术研究[J].环境科学学

报,2006,02:

230235.

[2]GALIANOYL,PEREIRACF,VALEJ.Stabilization/solidificationofamunicipalsolidwasteincinerationresidueusingflyash-basedgeopolymers[J].JournalofHazardousMaterials,2011,185

（1）:

37—381.）

[3]南京水利科学研究院等.GB/T50123-1999土工试验方法标准[S].北京：

中国计划出版社,1999.

[4]南京水利科学研究院等.GB/T17671—1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）[S].北京：

中国计划出版社,1999.

实验发现:

1.参考文献资料

从本次强度测试实验的结果来看，本小组制得的水泥固化体强度远低于同期实验的其他组结果。

以下为从文献中摘取的关于对水泥固化体强度的相关研究：

李江山⑸等人对垃圾焚烧飞灰的水泥固化体研究结果来看，不同水泥添加量、不同养护时间和不同的渗沥液浸泡时间对固化体的强度都会有影响。

具体结论如下：

（1）应力-应变特性变化

固化体强度变化在外界条件已经固定的条件下，固化体在施加的压强作用下强度变化规律为：

飞灰固化体达到极限强度后会很快出现脆性破坏；

无侧限抗压强度先增大后减小；

未受垃圾渗沥液浸泡的飞灰固化体呈现持续应变硬化现象，而受垃圾渗沥液浸泡的飞灰固化体在后期则呈现出应变软化现象，且随浸泡时间

50.00.5101.52.0253.035404.55.0

图5不同浸泡时间的抗压强度

由上图可知，浸泡时为5d达到最大抗压强度是最高的，可达到0.8MPa,其次是浸泡1d（最高可达0.6MPa）、浸泡10d（最高可达0.55MPa）、浸泡20d（最高达0.3MPa）

与本次我们的实验结果对比，浸泡时间为14d，固化块所能承受最大负荷仅

为3.979KPa；

其他组中较坚固的固化块所承受的最大负荷也只有25.14KPa,有些

最高达39.78kN以上。

仍然比文献中浸泡时间为20d中的最高抗压0.3MPa,推测造成该结果的原因除开浸泡时间过长外，还有其他两个原因：

一是水泥投简历过低，二是固化体制备后一直装在塑料模具中没有取出风干一段时间，导致部分固化体从模具中取做强度测定被挤碎时，内部甚至是底部碎块仍比较湿润。

水泥添加量对固化体强度影响文献中李江山等人分别对水泥添加量分别为

0%，5%，8%，10%和20%的固化体强度进行测定，其中0%、5%添加量的试样在浸泡过程中已破坏，8%，10%和20%的固化体强度见图5.

-01

-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.0

图5不同水泥添加量的影响

在实际工程中，应避免水泥添加量过少对飞灰固化体强度的影响，建议其添加量应不小于10%。

从图中可以得到，水泥添加量对飞灰固化体的强度影响较大，随着水泥添加量的增加，飞灰固化体的抗压强度增加，破坏应变减小。

当水泥添加量为20%时，浸泡后的试样仍然呈现出持续应变硬化现象，无侧限抗压强度达到了1.54MPa。

主要原因是大量水泥水化作用产物形成的凝胶体将飞灰颗粒团包裹，致密的结构阻碍了渗沥液的浸入。

从表1中固化体各组分含量来看，水泥添加量为10.53%，总体上比较合适。

但正常情况下，要达到理想效果的固化块强度，水灰比至少要达到0.5。

而本次实

验中混合后的水泥：

20，远远小于0.5，所以导致了固化体形变后的内部仍然很湿润，而抗压能力很低。

同时，固废实验24h后

需要拆膜，并放于标准养护箱（温度20±

2C,湿度95%以上）中养护，达到

养护龄期的试样放于垃圾渗沥液中进行浸泡。

而本次实验没有在固化24h后及时

拆封，造成固化效果不理想。

（2）抗压强度特性

固化体强压强度方程模型随着水泥添加量的增加，飞灰固化体的抗压强度逐渐增力□，而破坏应变则减小；

随着飞灰固化体养护时间的增加，试验结果有类似的变化规律；

随着垃圾渗沥液浸泡时间的增加，飞灰固化体的抗压强度先增大后减小，转折点大约在5〜7d，破坏应变持续增加。

未受浸泡的飞灰水泥固化体的无侧限抗压强度增长随时间变化符合y=a[1-exp（-bt）]模式，见图6。

养护时间Ai

图6无浸泡作用下废话固化体抗压强度

（3）渗滤液对固化体强度影响

图7渗沥液浸泡时间对飞灰固化体破坏应变的影响

图7为不同水泥添加量飞灰固化体破坏应变随浸泡时间变化规律。

从图中可以得

到，未经渗沥液浸泡试样的破坏应变较小，而经浸泡后的试样的的破坏应变均变

T—:

参沥液

86

&

D

4

2O

大，且随浸泡时间的延长近似呈线性增加。

00051.01.5202530

图8渗沥液和蒸馏水浸泡作用下的飞灰水泥固化体应力-应变曲线

图8曲线图说明渗沥液的侵蚀作用明显大于蒸馏水，表现为飞灰固化体抗压强度的减小和破坏应变的增加。

与未浸泡的飞灰固化体相比，蒸馏水的浸泡对飞灰固化体的强度有较小的影响，强度从1.21MPa到1.01MPa。

因此，渗沥液对飞灰固化体的侵蚀作用与其化学成分有关。

垃圾渗沥液对飞灰水泥固化体的侵蚀作用主要是由于其成分的化学作用，通过破坏水泥飞灰水化反应过程及其水化产物而使固化体强度降低并解体。

文献结论：

考虑飞灰固化体因破裂而带来的环境风险，在对飞灰进行固化、稳定化处理时，应适当增加固化剂的添加量，并延长养护时间。

对于用水泥处理飞灰时，水泥添加量不应小于10%,养护时间不应小于3d。

在对飞灰固化体进行填埋处置时，应分区进行填埋，避免垃圾渗沥液的侵蚀。

2.结论

从实验现象的记录情况来看，本次实验对放置了14d的水泥固化体进行强度测试时，测定最大承受压强仅为固化块所能承受最大负荷仅为3.979KPa,远远低于文献值浸泡时间为20d中的最高抗压0.3MPa。

推测造成该结果的原因主要有如下几个：

一水泥投配比过低水泥添加量为10.53%，总体上比较合适。

但正常情况下，要达到理想效果的固化块强度，水灰比至少要达到0.5。

而本次实验中混合后的水泥：

20，远远小于0.5，所以导致了固化体形变后的内部仍然很湿润，而抗压能力很低。

二没有及时脱模正常情况下固废实验24h后需要拆膜，并放于标准养护箱（温度20±

2C,湿度95%以上）中养护，而本次实验没有在固化24h后及时拆封，制备后一直装在塑料模具中，导致部分固化体从模具中取做强度测定被挤碎时，内部甚至是底部碎块仍比较湿润。

造成固化效果不理想。

⑸李江山，薛强，胡竹云,李先旺.垃圾焚烧飞灰水泥固化体强度稳定性研究[J].岩土力

学,2013,03:

751-756.