超细水泥对固化软土早期抗压强度影响的试验研究

为研究超细水泥含量对水泥固化软土的早期力学性能的影响,本文通过在普通水泥中加入不同掺量的超细水泥组成复合水泥固化剂用以固化软土。具体研究不同超细水泥掺量、不同初始含水率、及不同养护围压条件下,复合水泥固化剂对固化软土早期抗压强度及刚度的影响。采用自制K₀围压养护装置(施加不同轴向压力的方式)、无侧限抗压强度仪(UCS)、X射线衍射仪(XRD)、电镜扫描仪(SEM)和低场核磁共振孔隙测试仪(NMR)等试验手段获取复合水泥固化软土不同龄期的抗压强度、刚度及微观结构的变化规律,并揭示其固化机理。研究结果表明:(1)相同轴向压力作用下,随着超细水泥掺量的增加,固化软土的抗压强度和弹性模量均有提高,其中复合固化剂中的活性颗粒发生水化反应生成大量胶凝产物用以黏聚土颗粒和填充孔隙,惰性颗粒用于填充土颗粒间的孔隙;(2)随着含水率的提高,固化软土中孔相对发育,从而使固化软土结构致密性减弱,抗压强度降低;(3)在K₀围压养护7d时,固化软土的抗压强度和弹性模量随着轴向压力的提高而增加,表明养护围压对软土颗粒的压缩作用能提高固化软土的密实性,同时围压对固化软土产生有效应力,与水化产物共同促进固化软土形成密实的土骨架,进而使其在7d内具有较高的抗压强度。基于试验结果,建立轴向压力、含水率和超细水泥掺量等多因素的固化软土强度预测公式,并提出复合水泥固化软土结构模型,为工程实践提供理论基础。     

新型GS固化土与水泥土的力学特性对比研究

GS(Gypsum-Slag)土体硬化剂是一种由水泥、钢渣、矿渣和脱硫石膏及其他外加剂组成的新型土体固化材料。将GS土体硬化剂和水泥两种固化剂固化土作为研究对象,通过室内无侧限抗压强度试验和电镜扫描试验,研究固化土的应力-应变曲线以及土质、固化剂掺量、龄期对固化土力学性能的影响,观察其微观结构,进而对比分析GS土体硬化剂和水泥的特性,并进行现场试验加以验证。研究结果表明:相比水泥土,GS固化土应力-应变曲线存在明显峰值;GS固化土和水泥土的强度均随着掺量和龄期正增长,且GS固化土的长期强度更高;GS固化土和水泥土变形模量分别是其抗压强度的31.11~77.24倍和23.24~71.62倍;GS固化土现场成桩的完整性优于水泥土。相比水泥土,GS固化土具有强度增长快、后期强度高、经济效益好的特点,可较好满足地下工程和路基工程等土体加固应用需求。     

玄武岩纤维对水泥固化软土性能的影响研究

水泥固化软土是工程中一种常见的地基处理方法。然而众多工程实践表明,仅利用水泥加固软土,其早期强度偏低,且随着养护龄期的增长水泥固化土体积收缩,易造成工程土体的沉降和开裂等问题。本研究选用玄武岩纤维与水泥共同固化软土,探究玄武岩纤维对水泥固化土强度以及收缩性能的影响。本试验制备了不同水泥掺量、不同玄武岩纤维掺量的固化土试样,对各龄期条件下试样的无侧限抗压强度及收缩性质进行测试,结合力学性质及收缩特征,确定最佳的水泥及纤维掺量。并结合试样的微观结构特征来分析,考虑纤维对水泥固化土强度及收缩变形影响的机理。结果表明：纤维的加入能有效提高水泥土的强度,改善其收缩性。纤维在试样中随机离散分布,纤维的存在可起到一种“桥梁”作用,与水泥的水化产物一起充填于土样孔隙中,使得土颗粒间充分连接起来,限制了颗粒间的位移,提高了试样的强度,抑制了试样的收缩,提高了土体整体的稳定性。研究成果可为软土的有效固化处理及高效利用提供理论及实践参考。     

复合型早强土壤固化剂固化淤泥强度特性研究

淤泥是一种工程性质极差且难以快速固化的土体,通过无侧向抗压强度试验、固结排水三轴剪切试验、微观测试和压汞试验等研究了复合型早强土壤固化剂（composite rapid soil stabilizer,CRSS）固化淤泥的强度发展规律和固化剂掺量对强度的影响,初步探讨了强度增长的微观机制。研究结果表明：CRSS固化淤泥强度随养护龄期呈对数发展规律提高,早期强度发展迅速,养护1 h无侧限抗压强度即可达到3 MPa;随固化剂掺量增加,固化淤泥三轴剪切应力-应变曲线由应变硬化型逐渐向应变软化型发展,破坏偏应力和黏聚力呈线性增大。微观结构表明固化剂水化产物可胶结土颗粒、填充土体孔隙,增强土体整体性;压汞试验结果则进一步通过最可几孔径的联系揭示了固化淤泥黏聚力随固化剂掺量增大而线性增大的机制。CRSS固化淤泥具有显著快硬高强优势,可为抢险救灾、应急道路抢通等淤泥快速固化应用提供理论基础。     

天津滨海新区吹填软土固化试验研究

天津滨海新区有大面积吹填软土,难以直接满足工程建设的要求,需进行固化处理。现采用主剂水泥和外加剂石膏、NaOH、Na2CO3和FeCl3,通过组合配比对天津滨海新区不同含水率的吹填软土分别进行室内固化试验,以无侧限抗压强度为指标,经有效地筛选和对比分析,确定了适用于不同工程性质的两种固化剂组合配比,并对固化土的微结构特征进行了分析研究。试验研究表明,水泥加适量的外加剂加固天津滨海新区吹填软土效果明显好于纯水泥土。微观结构分析表明,与同一龄期下水泥土相比,固化土生成的水化物更多,孔隙含量更少,表现出更稳定的微结构特性,也从机制上解释了该现象。     

CaO对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土的影响

为研究CaO的赋存形态及含量对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果的影响,采用高铝水泥提供AlO2-,纯石膏或磷石膏提供SO42-,高铝水泥、石膏、普通硅酸盐水泥或生石灰提供CaO,制备不同组分固化剂配比的固化土,测试试样强度和孔隙溶液pH值等宏观物理力学指标,通过醋酸缓冲溶液法测试试样的铅溶出量,对比分析不同固化剂固化土的矿物成分与微观结构特征。结果表明,钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果显著;钙矾石对孔隙的填充作用带来的增强效果不能代替水化硅酸钙胶结土颗粒的胶结作用,普通硅酸盐水泥对试样的强度更有利,但其后期强度增幅不大,而生石灰有利于固化土强度的持续增长;生石灰较普通硅酸盐水泥对钙矾石的形成、稳定和重金属Pb2+的固化/稳定化更有利;磷石膏和纯石膏对试样的pH值、无侧限抗压强度及钙矾石固化/稳定化重金属Pb2+的效果影响较小;固化土体微观结构特征表明,CaO含量对钙矾石生成形态及作用效果影响显著。当CaO含量较低时,早期生成的钙矾石将向单硫型硫铝酸钙转化。研究成果可丰富重金属污染场地原位处理技术,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

城市河道淤泥特性及改良试验初探

以南京内秦淮河疏浚淤泥为例,通过土工试验、XRD和X射线荧光光谱试验等方法,研究了城市河道淤泥的物理性质、矿物成分、化学成分等特性。试验结果显示:秦淮河淤泥粘粒含量低、有机质含量极高,矿物成分主要有石英和少量粘土矿物等。为了实现淤泥的资源化处理,运用水泥、石灰无机固化材料对淤泥进行固化改良试验及改性土无侧限抗压强度试验,结果表明随着水泥掺量增加,水泥固化土由塑性破坏向脆性破坏过渡,破坏应变在1.8%~2.2%,而石灰固化土均表现为脆性破坏,且破坏应变小于水泥土,为1%左右。水泥固化土28d强度为670kPa,固化效果优于石灰,但略低于处理一般软土的固化土强度。研究结果对处置城市河道淤泥有一定参考价值。     

矿渣胶凝材料固化软土的力学性状及机制

利用矿渣胶凝材料固化软土,既可利用工业废渣,又能减少水泥的用量。以矿渣胶凝材料固化黏土、砂土二种软土。发现矿渣胶凝材料加固软土的效果远好于水泥、石灰,其9 %掺量的固化土28 d的无侧限强度达到2.0 MPa以上,普遍高于15 %掺量的水泥固化土,且其28 d固化土的软化系数普遍高于90 %以上,固化黏土后CBR值远高于同掺量的石灰固化土。X衍射结构分析表明,矿渣胶凝材料水化时产生的高强难溶的矿物晶体是其固化软土效果好的主要原因。因此,矿渣胶凝材料是一种性能优异的软土加固材料。     

高分子材料固化滨海盐渍土的强度与微结构研究

高分子材料SH固土剂与生石灰粉共同固化滨海盐渍土具有很高的抗压强度、抗拉强度和水稳性。由于SH固土剂对土颗粒的包裹作用及在土颗粒间和孔隙内形成的丝网状联接结构,使得固化土的强度和水稳性较单一石灰固化土提高很多,正弦波压缩疲劳作用降低了固化土的抗压强度。在一定的荷载值及幅值条件下,随疲劳次数的增加,抗压强度下降。30×103疲劳次数是强度下降的另一个起始点。固化土的微结构形貌照片显示,SH固土剂在两周固化龄期时形成了稳固的丝网状联接结构,四周龄期时结构已相当稳定。浸水后丝网状联接结构依然存在,表明SH固土剂的固化反应具有不可逆性。     

用固化剂GX08加固杭州海湖相软土的强度特性研究

为了验证固化剂GX08加固杭州海湖相软土的效果及考察有机质对水泥固化的不利影响,对固化土的强度特性进行了试验研究。结果表明,有机质的添加会显著阻碍固化土强度的增长,而固化剂GX08能有效增强固化土的强度;固化土强度与有机质含量存在二次函数关系,与水泥掺量呈线性关系,与固化剂GX08掺量和龄期都以对数函数的形式相关;将总灰水比C/W用于固化土强度模型的建立,通过对试验数据的分析与整理,建立了同时考虑固化土中有机质含量、水泥掺量、固化剂掺量和龄期影响的固化土综合强度预测模型。最后对模型进行了推广使用,验证了模型的适用性。     

冻融循环对固化铅污染土强度与孔隙特征影响的试验研究

水泥基固化剂封闭是近年来重金属污染修复治理的主要技术手段之一。冻融循环作用是影响水泥固化重金属污染土力学特性的重要外营力。本文以人工制备的铅污染土为研究对象,结合冻融实验和室内土工试验,研究冻融循环作用对铅污染土无侧限抗压强度的影响。结果表明:随着水泥掺量的增大,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度增大,破坏应变减小;随着铅离子掺量的增大（污染程度升高）,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u降低,应力-应变曲线变化趋势更加相似;水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u随冻融频次的增大而降低;相同冻融频次条件下,随着水泥掺量的增加,水泥固化铅污染土的无侧限抗压强度q_u损失率降低。基于SEM图像对固化铅污染土进行微观结构定量分析,表明随着冻融次数的增加,试样中细颗粒（< 1 μm）和细孔隙（< 2 μm）所占比例均提高。冻融作用对土体结构的破坏可能是导致土样无侧限抗压强度q_u降低的主要原因。     

工业废渣加固土强度特性

工业废渣的资源化是解决工业废渣环境污染的有效途径之一。以粉煤灰和高炉矿渣为固化剂,石灰为碱性激发剂,对黏土进行加固。通过室内试验的方法,分析固化剂掺入量、养护龄期等对固化土无侧限抗压强度、pH值和饱和度等发展规律的影响。试验结果表明,固化土的无侧限抗压强度随固化剂掺入量的增加而增大,随养护龄期的增加而增大,提出一个综合反映固化剂掺入量、养护龄期和压实度等因素对固化土强度影响规律的综合影响因子,固化土强度与综合影响因子呈负指数函数关系;粉煤灰+石灰和高炉矿渣+石灰可有效改良土体无侧限抗压强度特性;石灰是一种有效的碱性激发剂,可提供工业废渣发生火山灰反应的高碱性环境。试验成果为工业废渣改良不良土质的设计提供试验依据。     

固化淤泥重塑土力学性质及其强度来源

对不同水泥掺加量的固化淤泥及其重塑土进行了无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,并对固化土和重塑土的应力-应变关系曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角进行了比较分析。结果表明：随着水泥量和龄期的增加,固化淤泥的脆性增强,塑性减弱;重塑土的应力-应变关系受水泥量和龄期的影响不大,随着应变的增加,应力增长缓慢,塑性变形非常大。固化土的无侧限抗压强度、黏聚力均随着水泥量和龄期的增加而增大,而内摩擦角则有减小的趋势。重塑土相对于原状土无侧限抗压强度和黏聚力都有较大程度的折减,并且水泥量和龄期越大,折减越多;内摩擦角随着水泥量和龄期的增加有小幅度提高。重塑土强度主要来源于破碎固化土团间的摩擦和咬合作用,因此,在固化淤泥重塑土的实际工程应用中,初始固化土的处理强度不应太高。     

冻融作用下PPF稳定土力学性能研究

为了研究冻融作用下外加材料稳定土的力学性能,以一种国产土壤固化剂（TG固化剂）加固低剂量水泥石灰稳定土为研究对象,通过冻融前后的无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验和抗压回弹模量试验,研究不同压实度、聚丙烯纤维（PPF）掺量稳定土的力学性能。结果表明：稳定土的抗压强度、劈裂强度及回弹模量均随冻融次数的增加而降低,经历6次冻融循环后,强度、模量损失率基本稳定。冻融前后稳定土的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量以及强度、模量的残留百分比均随着压实度和PPF掺量的提高而增大。结合工程实际情况,选取压实度为95%,0.2% PPF综合稳定土进行冻融试验,得到抗压强度残留比（BDR）达到59.32%,质量变化率仅为6.28%,研究表明,PPF综合稳定土具有优良的冻稳定性,可用作路面基层材料。     

活性氧化镁−微生物固化黄土试验研究

以活性氧化镁和微生物共同作用固化的黄土试样为研究对象,通过含水率、无侧限抗压强度、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等试验,研究了活性氧化镁掺量、养护龄期和初始含水率对固化试样含水率、无侧限抗压强度、固化产物和微观结构等的影响。结果表明：固化试样含水率随氧化镁掺量增加和养护龄期增长而降低;无侧限抗压强度随活性氧化镁掺量（5%～20%）增加而增大,随龄期发展总体上不断增大,但当氧化镁掺量为10%和15%时,后期强度稍有降低;当氧化镁掺量为5%和10%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加而减小,而当氧化镁掺量为15%和20%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加先增大后减小。XRD和SEM结果显示,随着氧化镁掺量增加,水化后未进一步反应的氢氧化镁越多;反应生成的水合碳酸镁具有膨胀性和胶结性,对土颗粒间缝隙进行填充,并将土颗粒胶结在一起。