纸浆渣烧结灰(PS灰)和水泥固化污泥水力试验研究

为研究纸浆渣烧结灰（PS灰）和水泥固化污泥的效果,本文采用多因素分析法,通过掺入PS灰和水泥,针对影响固化土力学性能和渗透性的影响因素,进行渗透试验以及静水淋溶试验,分析固化体的水力特性随影响因素的变化规律。结果表明:固化污泥的无侧限抗压强度与PS灰和水泥含量呈"阶梯形"分布,PS灰可有效降低水泥固化污泥的渗透系数,当水泥含量为20%,PS灰含量为17.5%时,拟合曲面上固化污泥的渗透系数达到了最小值,为0.48×10-5cm·s-1。当PS灰含量一定时,水泥含量增加,金属离子的含量呈下降趋势;水泥含量在8%~12%时,PS灰含量的增加对于固化Cd离子和Cu离子效果显著;其他金属离子的最大固化效果则存在于水泥含量大于12%时,且随着PS灰含量的增加而降低。     

硫铝酸盐水泥协同垃圾焚烧副产物固化浓缩液污泥的强度和水稳定性试验研究

采用浸没燃烧工艺产生的生活垃圾卫生填埋场浓缩液污泥具有含水率高、有机质含量和重金属含量低,但含盐量极高的特点。选用硫铝酸盐水泥作为主固化剂,垃圾焚烧飞灰和底渣作为辅助固化剂,制备不同水泥、飞灰和底渣掺量的固化污泥试样,进行一系列的无侧限抗压试验、水稳定性试验和微观测试试验,以定量分析不同固化剂对浓缩液污泥的固化效果,探索固化污泥强度演化规律和浸水劣化机制的宏微观耦合控制机制。试验结果表明：单掺10%水泥,固化污泥的7 d无侧限抗压强度大于50 kPa,即可达到填埋的强度要求;当单掺50%以上的水泥时,28 d龄期的固化污泥才具有满足填埋强度要求的水稳定性;飞灰和底渣对水泥固化试样28d强度的提升存在一个最优掺量,分别为5%（水泥掺量<40%）和10%（水泥掺量≥40%）;在水稳定性方面,复掺底渣较复掺飞灰有效。扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）微观测试结果表明：水泥与一定量的飞灰或底渣共同生成的针柱状钙矾石晶体与水泥水化产物形成空间镶嵌互锁结构,是掺飞灰或底渣固化试样水稳定性提高的主要原因。     

含盐量对石灰固化滨海盐渍土力学强度影响试验研究

随含盐量的增加,滨海盐渍土中的盐分结晶形成了许多晶体颗粒,改变了土的颗粒级配和微结构形式,使土的力学强度发生变化。无侧限抗压试验和三轴压缩试验结果表明,随含盐量的增加,石灰固化土的无侧限抗压强度和抗剪强度降低;随养护龄期的增加,石灰固化土的无侧限抗压强度和抗剪强度增加;随含盐量的增加,固化土试样浸水和不浸水无侧限抗压强度之间的差值越来越小。工程应用滨海盐渍土时需控制土的含盐量。     

云母影响水泥软黏土强度的试验研究

软黏土具有压缩性强、承载能力低的特点,实际工程中多用水泥作为固化剂对软黏土进行加固。云母是软黏土中较为常见的一种片状矿物,其含量和颗粒大小会影响水泥加固后的软黏土即水泥软黏土的强度。通过无侧限抗压强度试验和直接剪切试验研究云母含量及目数对水泥软黏土抗压强度及抗剪强度的影响,提出了云母含量、目数与水泥软黏土抗压强度、抗剪强度指标值之间的关系。试验中云母目数设定为10,20,40,80目共4个梯度,云母含量设定为0%、8%、16%、24%、32%共5个梯度。试验结果表明,云母含量的增加以及云母目数的减小会导致水泥软黏土无侧限抗压强度和抗剪强度的降低,且其对无侧限抗压强度的不利影响更为显著。含10目32%云母的水泥软黏土的强度减少量最大,此时无侧限抗压强度为0.33 MPa,是不含云母水泥软黏土的25.5%;黏聚力为76.5 kPa,比不含云母时减少了12.24 kPa;内摩擦角由不含云母时的23.71°降低至21.77°。云母自身的片状形态及其对水泥水解水化作用、离子交换作用的阻碍是造成水泥软黏土强度降低的主要原因。     

水泥-矿渣-粉煤灰固化淤泥的水分转化规律及其固化机理研究

为研究石膏激发的水泥-矿渣-粉煤灰固化淤泥的力学强度与水分转化过程的演变规律,从本质上揭示水泥-矿渣-粉煤灰对淤泥的固化机理,通过无侧限抗压强度、抗剪强度试验探究水泥/矿渣/粉煤灰配比、固化剂掺量、养护龄期对固化淤泥土强度的影响,结合核磁共振弛豫分析(NMR)、矿物成分分析(XRD)、微观结构分析(SEM)探究结合水量、水化物种类、微观形貌随养护龄期的变化规律,并建立无侧限抗压强度q_u、抗剪强度参数c、tan φ与结合水量C_w的函数关系。结果表明：14 d龄期内较高水泥配比(20%)的固化土强度显著高于低水泥配比(5%)固化土,其早强效应归功于水化物的大量生成,结合水量大幅提高,14 d龄期后5%水泥配比固化土强度增长迅速并超过20%水泥配比固化土强度。从宏观力学强度看,较高水泥配比(20%)固化土q_u、c、tan φ均与龄期对数lg t呈线性增长关系,低水泥配比(5%)固化土则呈幂型函数关系;从微观水分转化角度分析,高低水泥配比固化土的结合水量与抗压强度、抗剪强度参数的函数关系相同,即q_u-C     

稻壳灰-矿渣固化膨胀土力学与微观特性研究

膨胀土具有强胀缩性,吸水极易膨胀软化,失水急剧收缩硬裂,这种胀缩性给工程结构造成很大危害。采用稻壳灰（rice husk ash,RHA）和高炉矿渣（ground granulated blast-furnace slag,GGBS）作为固化剂对膨胀土进行稳定化,通过击实试验、无侧限抗压强度试验、直剪试验、加州承载比（California bearing ratio,CBR）试验、膨胀试验、扫描电镜试验和X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）试验,研究了固化后膨胀土的力学强度、膨胀特性变化规律及微观机制。试验结果表明：在不同配比和掺量的固化土中,稻壳灰-矿渣为6:4配比和10%掺量固化土无侧限抗压强度最大;稻壳灰-矿渣（RHA-GGBS,RG）可降低膨胀土轴向变形,提高抗剪强度,随着固化剂掺量增加,固化土黏聚力先增大后减小,内摩擦角逐渐增大;与未处理的膨胀土相比,掺稻壳灰-矿渣固化土CBR值最高可提高至7.9倍,路基土的力学强度得到了显著改善。稻壳灰-矿渣可明显改善膨胀土的膨胀率,减小膨胀力,无荷膨胀率最多可从11.4%下降到0.5%,有荷膨胀率最多可从1.1%趋于0...     

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。     

高含水率疏浚淤泥新型复合固化材料试验研究

基于传统水泥固化处理方法,提出了水泥-生石灰-高分子添加剂新型复合固化材料处理高含水率疏浚淤泥的新方法,以期快速降低淤泥含水率并提高固化淤泥的无侧限抗压强度,拓展水泥固化淤泥的含水率范围,达到高效廉价固化处理高含水率疏浚淤泥的目的。通过系列室内试验,探讨了该方法处理后高含水率淤泥的无侧限抗压强度变化规律以及各材料掺入比对强度的影响规律。研究结果表明,水泥掺入比低于7%的新型固化材料处理初始含水率2倍液限的高液限淤泥,早期强度大于0.5 MPa,28 d强度大于1 MPa;固化淤泥强度随龄期、水泥和生石灰掺入比的增大而增大;给出了考虑多因素多水平的无侧限抗压强度预测公式,预测值与实测值基本一致     

滇池固化淤泥重塑土的重塑时机及强度恢复特性试验

采用无侧限抗压强度试验和直剪试验,从单轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角的角度探求了淤泥固化土重塑时导致的强度折减和重塑后土的强度恢复特性,并分析了重塑前养护龄期（T_前）、重塑后养护龄期（T_后）、水泥掺灰比（a_c）的影响。试验结果表明,重塑时机的选择对淤泥固化土的强度折减程度有显著的影响：T_前越长,破碎过程带来的强度折减越严重,且大致满足a_c越大、强度折减越严重的规律。从强度恢复特性来看：小水泥掺灰比的固化淤泥土经过T_后,其强度恢复较好;大掺灰比的重塑土其强度则较难恢复至固化土的水平,T_前越长,强度恢复越不利。从而得出了大掺灰比固化土宜早重塑,小掺灰比的重塑时间可适当延长的规律。     

新型城市污泥固化土工程特性及微观机理

通过污泥固化技术可以将城市污泥转化为一种新型城市污泥固化土。为了研究污泥固化土工程特性,对新型城市污泥固化土进行无侧限强度试验、收缩特性试验、浸出毒性试验以及X射线衍射试验与微观结构测试。试验结果表明,城市污泥固化土无侧限抗压强度随期龄增加而增长,28 d后基本稳定;新型城市污泥固化土的线缩率随龄期的增大而增大,且28 d后趋于稳定值;与消化后城市污泥相比,城市污泥固化土中的浸出毒性明显减少,重金属浸出量均符合国家规范要求。消化城市污泥衍射峰中氢氧化钙峰值很高,但随着养护期龄的增长,城市污泥固化土中氢氧化钙的衍射峰值减小,碳酸钙的衍射峰值增大,说明固化土各成分反应越充分,强度越高。微结构测试研究表明,污泥固化土SEM图像中有大量的纤维状物质联结着土颗粒和颗粒团块,形成土骨架纤维的交互空间结构,提高了土体强度。     

武汉东湖淤泥早强固化试验研究

利用传统淤泥主固化材料水泥与辅助固化材料粉煤灰和石膏,通过组合配比对武汉东湖疏浚淤泥分别进行固化,基于无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,确定不同材料组合及配比下淤泥固化强度和特点。试验研究表明：在疏浚淤泥固化过程中水泥占主导地位,对固化效果影响最为显著;粉煤灰起到的作用相当于降低了淤泥初始含水率,表现在固化淤泥早期强度的快速提高;石膏有利于固化淤泥早期强度的形成,其作用持续于整个淤泥固化过程。随着含水率的增大,单纯水泥固化淤泥试样的应力-应变关系曲线由应变软化逐渐过渡到应变硬化模式,围压对固化淤泥强度的影响程度也随着含水率的增大而逐渐减弱,辅助固化材料的添加使原单纯水泥固化淤泥的应变硬化型曲线变为应变软化模式。不同含水率东湖疏浚淤泥固化材料最佳配比为水泥掺入比20%,粉煤灰为3倍的水泥量,石膏为30%的水泥量,该研究成果有助于武汉东湖底泥的治理以及疏浚淤泥排放场地的地基处理和环境整治。     

城市污泥新型固化技术及其力学特性

我国城市污泥产量巨大,如果得不到妥善处理将会严重影响环境综合治理。为了研究一种高效、资源、稳定的城市污泥处理技术,对城市污泥先进行生石灰消化处理,再通过正交试验,以无侧限抗压强度为指标,优选出生石灰、原料土、城市污泥、固化剂等的最佳配比,配制成一种新型城市污泥固化土,并对其力学特性进行试验研究。试验结果表明：研制的新型城市污泥固化剂固化处理城市污泥效果很好,重金属浸出量满足国家规范要求,污泥固化土强度随着养护龄期的增加而增大,且28 d后慢慢趋于相对稳定,碱性对强度有促进作用,建议固化土初始配制含水率最高控制在45%～50%之间。三轴剪切试验得到的应力峰值和结构屈服应力随着围压和养护龄期的增大而增大,环剪试验得到的残余强度与养护龄期及有效法向应力成正比,与剪切位移成反比。     

活性MgO−粉煤灰固化淤泥耐久性研究

将绿色环保活性MgO?粉煤灰材料引入淤泥固化,采用系列室内模拟试验,深入研究冻融、浸水和干湿等复杂气候环境下活性MgO?粉煤灰固化淤泥试样的外观形貌和强度特征,明确外界环境干扰诱使固化淤泥性能演化的内在规律。结果表明：活性MgO?粉煤灰固化淤泥具有良好的抗冻融、抗干湿及水稳性,且活性MgO?粉煤灰掺量及MgO/粉煤灰配比提高可进一步改善活性MgO?粉煤灰固化淤泥试样的耐久性能。冻融、浸水和干湿等复杂环境显著劣化固化淤泥抗压强度,其强度水平均低于同龄期标准养护试样。固化淤泥试样无侧限抗压强度随冻融循环次数增加而逐渐降低,随浸水时间增加先降低后趋于稳定,随干湿循环次数增加呈降低的趋势。基于所得试验结果,提出了活性MgO?粉煤灰固化淤泥耐久性演变的内在微观机制模型。     

武汉东湖淤泥碳化-固化试验研究

引入活性MgO-粉煤灰固化材料,采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥,通过无侧限抗压强度、扫描电镜和压汞试验,研究加压碳化模式、碳化时间、MgO-粉煤灰配比和固化剂掺量等因素下CO2碳化作用对固化淤泥力学性质和微观结构的影响。结果表明：活性MgO-粉煤灰固化淤泥碳化后抗压强度进一步增长,应力-应变关系曲线压密阶段应变缩小;不同固化剂配比的东湖淤泥试样具有不同的最佳加压模式,而加压模式决定了相同碳化时间下固化淤泥CO2吸入量,从而影响碳化-固化淤泥试样抗压强度;活性MgO掺量低时试样抗压强度整体较低,强度随碳化时间增加先增大后减小;MgO掺量较高时,碳化试样强度随碳化时间快速达到较高值,随后增长缓慢。微观分析表明：水碳镁石、球碳镁石和碳酸镁石等镁碳酸盐是碳化-固化联合技术增强淤泥强度的主要原因,其膨胀性和胶结作用促使土体中团粒内孔隙向颗粒间孔隙转化,土体更密实,抗压强度增加。     

垃圾焚烧飞灰水泥固化体强度稳定性研究

针对垃圾焚烧飞灰安全处置技术要求,采用水泥对其进行固化、稳定化处理,研究了不同水泥添加量、不同养护时间和渗沥液浸泡时间对固化体无侧限抗压强度及破坏特性的影响,并对垃圾渗沥液的侵蚀机制进行了分析。结果表明：当水泥添加量小于5%,养护时间小于3 d时,飞灰固化体在渗沥液浸泡下迅速解体,垃圾渗沥液的侵蚀对飞灰固化体的强度有较大的影响,浸泡后的固化体呈现出明显的应变软化特征,而未经浸泡的固化体的强度增长符合y=a[1-exp(-bt)]模式。随着水泥添加量及养护时间的增加,飞灰固化体无侧限抗压强度增加,破坏应变减小,而随着浸泡时间的增加,飞灰固化体的无侧限抗压强度先增大后减小,转折点大约在5～7 d,破坏应变近似呈线性增大。渗沥液对飞灰固化体的侵蚀主要是其成分抑制了固化体水化反应和破坏了水化产物。研究成果可为垃圾焚烧飞灰的安全处置技术提供理论依据和参数支持。     

大掺量粉煤灰淤泥固化土的强度与耐久性研究

基于传统水泥和石灰固化处理方法,提出了利用大掺量低钙粉煤灰、水泥和石灰固化剂进行淤泥固化处理的方法,以期改善淤泥的强度和耐久性,达到淤泥和粉煤灰双重资源化利用的目的。通过一系列室内试验,探讨了该方法处理后固化淤泥的击实特征、强度特性、水稳性和耐久性。试验结果表明：淤泥固化后最优含水率有所降低、最大干密度则略有增加;弹性模量、无侧限抗压强度和抗拉强度均有不同程度的增加,水泥掺量越大,养护时间越长,强度和弹性模量越大;固化后淤泥水稳性得到明显改善;浸水软化和冻融循环导致固化土抗压强度显著劣化,冻胀融缩导致设计混合料的无侧限抗压强度减小约22%。     

固化盐渍土核磁共振微观特征

采用核磁共振技术,对不同配比的水玻璃、石灰+粉煤灰及石灰+粉煤灰+水玻璃的固化盐渍土的微观特征进行检测,结合无侧限抗压强度试验,分析了各固化方案的盐渍土固化效果,讨论了强度成因的微观特征机制。结果表明,不同固化土的孔隙特征有较大差异。石灰+粉煤灰固化盐渍土大孔隙减少;石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土孔隙总体积减少,但同时有大孔隙生成;水玻璃固化盐渍土孔隙总体增多,但随水玻璃浓度增大,孔隙体积有所减小。石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土抗压强度远大于其他固化方案,但是其孔隙结构并不是最优,说明颗粒间的胶结情况对固化效果的影响远大于孔隙特征。