摘要：为实现 660MW火电厂粉煤灰的资源化利用，本文以该电厂粉煤灰为主要原料，采用正交试验法设计地质聚合物配比，分析碱激发剂种类、碱激发剂浓度、粉煤灰与矿渣质量比、水灰比对地质聚合物抗压强度的影响，确定最优配比；随后将最优配比地质聚合物应用于加筋挡土墙，通过现场试验验证其应用效果。关键词：660MW火电厂；粉煤灰；地质聚合物；正交试验；配比设计；加筋挡土墙

1 基于正交试验的地质聚合物配比设计

1.1 试验原料

试验所用粉煤灰取自某660MW火电厂，其主要化学成分包括SiO₂（ 52.3% ）、Al₂O₃ （ 28.5% ）、 Fe₂O₃ （ 6.8% ）、 CaO （ 4.2% ），符合地质聚合物原料要求；矿渣选用S95 级矿渣粉，用于改善地质聚合物性能；碱激发剂选用NaOH和水玻璃，其中NaOH为分析纯，水玻璃模数为 1.0；拌合水为自来水。

1.2 正交试验设计

根据前期单因素试验结果，选取影响地质聚合物抗压强度的4 个关键因素：碱激发剂种类（A）、碱激发剂浓度（B）、粉煤灰与矿渣质量比（C）、水灰比（D），每个因素设置 3 个水平，具体如表 1 所示。采用L₉ (3⁴) 正交试验表安排试验，共 9 组试验，每组试验制作 3 个 100mm×100mm×100mm 的试件，标准养护至3d、7d、28d后测定抗压强度，取平均值作为试验结果。

表1 正交试验因素与水平

1.3 试验结果与分析

1.3.1 抗压强度试验结果

正交试验各组试件不同龄期抗压强度结果如表2 所示。由表 2 可知，9 组试验中，第7 组试件 (A₁B₃C₃D₂ ）28d抗压强度最高，达 32.5MPa ；第3 组试件（AΦ₁B₁C₁D₃ ）28d抗压强度最低，仅 18.2MPa ，说明各因素及水平组合对地质聚合物抗压强度影响显著。

表2 正交试验抗压强度结果（MPa）

1.3.2 极差分析

为确定各因素对地质聚合物 28d抗压强度的影响程度，对试验结果进行极差分析，计算各因素的极差R（极差=同一因素下最大水平均值-最小水平均值），结果如表 3 所示。极差越大，说明该因素对试验指标影响越显著。由表 3 可知，各因素对28d抗压强度影响顺序为：A（碱激发剂种类） >B （碱激发剂浓度） >C （粉煤灰与矿渣质量比） >D （水灰比），其中碱激发剂种类影响最显著。

表328d 抗压强度极差分析

1.3.3 最优配比确定

根据极差分析结果，结合各因素水平对抗压强度的影响规律：碱激发剂选用NaOH溶液（A₁）时，试件抗压强度整体较高；碱激发剂浓度越高，抗压强度越大，故选择 12mol/L （B₃）；粉煤灰与矿渣质量比越小，矿渣掺量越高，有助于提升强度，选择7:3（C₃）；水灰比为 0.35（D₂）时，强度最佳，过大或过小均会降低强度。综上，确定地质聚合物最优配比为A₁B₃C₃D₂，即碱激发剂为NaOH溶液、浓度 12mol/L 、粉煤灰与矿渣质量比7:3、水灰比 0.35

2 加筋挡土墙应用效果验证

2.1 加筋挡土墙工程概况

试验工程为某道路边坡加筋挡土墙，墙高 6m ，墙顶宽 1.2m ，基底宽 3.5m ，采用分层碾压施工，每层压实厚度 300mm 。加筋材料选用双向土工格栅，抗拉强度 ⩾80kN/m ，格栅间距 0.3m ；挡墙填料为级配碎石，压实度要求 ⩾95% ；胶凝材料采用上述最优配比的 660MW火电厂粉煤灰基地质聚合物，用于格栅与填料之间的粘结及挡墙面板砌筑。

2.2 监测方案设计

为验证地质聚合物在加筋挡土墙中的应用效果，在挡墙上设置监测点，监测内容包括挡土墙顶部水平位移、顶部竖向位移及基底沉降。监测点布置如下：在挡土墙沿长度方向每隔10m设置 1 个监测断面，每个断面在墙顶设置2 个水平位移监测点（分别位于墙顶内侧和外侧）和 1 个竖向位移监测点，在基底设置 2个沉降监测点（分别位于基底内侧和外侧）。监测从施工完成后开始，前 3 个月每周监测 1 次，3 个月后每月监测 1 次，共监测 6 个月。

2.3 监测结果与分析

2.3.1 顶部位移监测结果

从顶部水平位移监测数据来看，施工完成后 1 个月内位移增长较快，第 1周水平位移均值为 1.8mm ，第 2 周增至 2.9mm ，第4 周达 3.8mm ；1 个月后位移增长趋于平缓，第 2 个月最大水平位移为 4.0mm ，第 6 个月监测期末最终最大水平位移稳定在 4.2mm ，小于规范允许值（ 10mm ）。

顶部竖向位移变化规律与水平位移一致，施工完成后 1 个月内呈快速增长趋势，第 1 周竖向位移均值为 0.9mm ，第 4 周达 2.5mm ；1 个月后位移基本稳定，第6 个月末最终最大竖向位移为 2.8mm ，满足工程要求。

2.3.2 基底沉降监测结果

基底沉降监测数据显示，施工完成后沉降逐渐增大，第 1 个月沉降均值为1.5mm ，第 2 个月增至 2.3mm ；2 个月后沉降完全稳定，后续 4 个月内沉降无明显变化，第 6 个月末最终最大基底沉降为 2.5mm ，远小于规范规定的基底允许沉降值（ 15mm ），说明采用最优配比地质聚合物的加筋挡土墙基底稳定性良好，未出现明显沉降变形。

2.3.3 整体稳定性分析

结合位移和沉降监测结果，加筋挡土墙在 6 个月监测期内，各项变形指标均在规范允许范围内，且后期变形稳定，无裂缝、倾斜等病害出现。同时，通过现场观察和抽样检测，地质聚合物与土工格栅、级配碎石之间粘结牢固，未出现剥离现象，进一步验证了该地质聚合物在加筋挡土墙中的适用性和可靠性。

3 结论

以660MW火电厂粉煤灰为原料制备地质聚合物，通过L₉(3⁴)正交试验可知，各因素对地质聚合物 28d抗压强度影响顺序为碱激发剂种类 :> 碱激发剂浓度 粉煤灰与矿渣质量比>水灰比，其中碱激发剂种类影响最显著。将最优配比地质聚合物应用于加筋挡土墙，监测结果显示：挡土墙顶部最大水平位移 4.2mm 、最大竖向位移 2.8mm ，基底最大沉降 2.5mm ，各项变形指标均小于规范允许值，且挡墙整体稳定性良好，无病害产生，验证了该地质聚合物在加筋挡土墙中的良好应用效果。

参考文献：

[1] 陈静.高强度赤泥-粉煤灰地聚合物的配比优化及耐久性研究[D].北京交通大学,2023.

龚木联.粉煤灰—矿渣—偏高岭土地聚合物注浆材料性能研究[D].东华理工大学,2023.