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。     

固化风沙土强度特性及固化机制试验研究

通过PX固化剂对库布其沙漠风沙土进行加固。对不同含水状态、不同固化剂掺量、不同养护龄期下固化风沙土的强度特性进行试验研究。试验结果表明,不同含水状态下风沙土的强度特性是不同的,相同固化剂掺量、相同养护龄期时,固化风沙土在最优含水率下的无侧限抗压强度远远大于饱和含水率下的强度。相同含水状态下固化风沙土无侧限抗压强度随固化剂掺量增加、养护龄期延长而增大,且在养护初期强度增长较快,当固化剂掺量为8 %、养护龄期为28 d时,固化风沙土强度满足国际上对固沙强度的要求。最优含水率下固化风沙土抗剪强度较风沙土有较大提高;当固化剂掺量为8 %时,固化风沙土凝聚力和内摩擦角均达到最大,此时固化风沙土抗剪强度约为风沙土的1.8倍。进而,通过扫描电镜对风沙土固化前后微观结构变化进行试验研究。研究结果表明,风沙土中掺入PX固化剂后,颗粒间由原来的弱连接变为胶结连接,解释了固化风沙土较风沙土强度得以提高、稳定性得以改善的内在原因。     

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。     

养护龄期和铅含量对磷酸镁水泥固化/稳定化铅污染土的固稳性能影响规律及微观机制

采用磷酸镁水泥（MPC）对铅污染土进行固化/稳定化处理。基于无侧限抗压强度试验、渗透试验和浸出试验,研究了养护龄期和铅含量对污染土固稳性能的影响规律。试验结果表明：固化土的强度随养护龄期增加而增大,渗透系数和浸出浓度减小,7 d龄期的固化土强度和浸出浓度分别为0.36 MPa、1.75 mg/L,均满足环境安全标准;铅含量对固化土的强度及渗透特性的影响均存在临界值,为500 mg/kg。铅含量低于临界值时,固化土的强度随着铅含量的增加而增加,渗透系数随着铅含量的增加而减小。浸出浓度随铅含量的增加而增加,但浸出浓度均低于浸出安全标准。压汞试验结果表明,随养护龄期的增大,固化土孔隙体积减小,铅含量不超过临界值时,固化土孔隙体积随着铅含量的增大而减小。扫描电镜试验结果表明：随着养护龄期的增加,土颗粒团聚化越明显,胶结程度加强;铅含量不超过临界值时,土颗粒团聚体增多。镁钾磷酸盐晶体（MKP）主要通过减少孔径大于0.1 ?m的孔隙体积来影响固化土的渗透特性。     

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。     

吹填泥浆固化及长期力学性能试验研究

利用粉末固化剂对天津滨海新区高含水率吹填泥浆进行固化试验,分析了含水率、龄期、固化剂掺量对吹填泥浆固化土强度的影响,基于试验结果确定了满足强度要求且经济合理的固化剂掺量为3%。以养护60 d的泥浆固化土无侧限抗压强度为基准,建立了无侧限抗压强度随水灰比和龄期变化的预测公式。通过三轴蠕变试验,对含水率为160%、养护28 d的泥浆固化土进行了长期特性分析,发现其蠕变特征与结构性软黏土接近,并利用等时曲线确定了其长期强度,在此基础上求得泥浆固化土在长期荷载作用下的抗剪强度指标,为吹填固化土的安全应用提供理论支持。     

固化剂对软土强度影响的试验研究

不同固化剂对软土的加固效果有一定差异,且固化土的强度特性愈来愈受到重视。通过不同掺入比和不同龄期时固化土（新型固化剂#Ι）的无侧限抗压强度试验结果,分析了掺入比、龄期对固化土强度的影响。试验结果表明,固化剂#1对黏土的加固效果优于水泥,固化土的强度为水泥土的1.5～2.4倍;固化剂强度与龄期、掺入比关系密切,不同掺入比时随龄期的增长固化土强度的变化也有所不同。     

冻融循环作用下城市污泥固化土三维力学特性及其破坏准则

为了研究城市污泥固化土在经过不同冻融循环次数后的强度和变形特性,通过真三轴试验,对CJYT-1型固化剂固化的污泥土进行了试验研究。得到了在经过冻融循环次数N=0、1、3、5、8、10后的应力-应变关系曲线及强度和变形特性,并分析研究污泥固化土的中主应力比b及冻融循环次数N对土体强度参数的影响。试验结果表明:冻融循环试验中,污泥固化土的无侧限抗压强度及密度都随冻融循环次数的增加而逐渐减小,在8次循环后变化减缓趋于稳定;黏聚力c'_b代及内摩擦角φ'_b都表现为随b增大而增大,与b=0相比,b=1时c'_1、φ'_1/增长率最大分别可达16.77%和12.3%;随着冻融循环次数N的增加,土体的破坏强度逐渐减小,破坏应力比Mb总体呈减小的趋势,试样剪胀现象变化不明显,黏聚力c'_b代和内摩擦角φ'_b随着冻融循环次数N的增大而减小。基于Lade-Duncan及Matsuoka-Nakai两个常用破坏准则,结合污泥固化土真三轴试验数据,提出并验证了适用于污泥固化土的破坏准则,并根据该准则的φ'_b-b关系曲线分析了b值对其的影响。对比提出的破坏准则、Lade-Duncan和Matsuoka-Nakai破坏准则,试验结果更趋近于新提出的破坏准则。     

寒区水泥固化土力学性能影响因素分析

为了在北方寒区推广和应用水泥固化土建造保暖性房屋和设施农业,采用内蒙古黄河灌区周边典型的粉质土,利用普通硅酸盐水泥固化土体,配制水泥固化土,采用静力机械压实法和人工分层击实法分别制作了Φ50mm×H50mm和Φ39.1mm×H80mm两种不同规格的试件,并进行了无侧限抗压强度室内试验,研究了不同水泥掺入比、不同养护龄期、不同规格及成型方法对水泥固化土无侧限抗压强度的影响,得出了不同试验条件下水泥固化土的强度变化规律.试验结果表明:强度均随水泥掺入比及龄期的增大而增大,三者之间较好地满足空间平面模型,偏回归分析表明,水泥掺入比较龄期对强度的影响贡献更大,两种规格试件的强度之间较好地满足对数关系;不同规格及成型方法的试件对水泥固化土强度的影响规律不同,Φ39.1mm×H80mm试件存在一个临界水泥掺入比与临界养护龄期,当超过这个值时,其强度增长率减小.     

挥发性有机物污染泥浆固化稳定化试验研究

针对有机污染场地修复施工过程中出现的冒浆现象,选取2种典型有机污染泥浆,通过多组室内试验,对比分析了4种固化剂的固化稳定效果。结果表明：4种固化剂均有较好的减水效果,典型泥浆I的含水率28 d降幅可达45%,而典型泥浆II的28 d减水效果以固化剂A（5%水泥）最优,其含水率降幅为37%;固化土样孔隙水电导率EC随龄期先升高后降低,其峰值出现在3 d或7 d;固化土样pH值总体随龄期而增大,且典型泥浆II的pH值明显高于典型泥浆I;泥浆固化后qu值随龄期发展而快速增长,且典型泥浆I强度远高于典型泥浆II,并以固化剂A、C固化增强效果最佳,28 d时固化剂C固化的典型泥浆I、II的qu值分别达到233、48 kPa;添加固化剂尤其是含凹凸棒土的固化剂B、D能有效降低有机污染物的浸出,其28 d龄期对典型泥浆I、II的稳定率超过81%。固化泥浆EC、pH值与qu值关系具有明显规律,可反映其强度生长状况。     

干湿循环作用下污泥固化土三维力学特性研究

采用自主研发的新型固化剂对天津城市污泥进行固化处理,通过GCTS真三轴仪对污泥固化土进行不固结不排水试验,探讨其在干湿循环作用下的应力-应变特征和强度指标变化规律。试验结果表明:污泥固化土应力-应变曲线在初始阶段近似表现为线性关系,同等条件下,破坏应力随中主应力比b的增大而增大;相同b值下,破坏应力随干湿循环次数的增大而逐渐减小。经过干湿循环1,3,5,7,10次之后,不同围压下污泥固化土的破坏应力值均呈现下降趋势。当循环次数超过5次后,其降低幅度趋于平缓。在b值较小、循环次数小于3时,应力-应变曲线产生应变软化现象,随着围压和b值的增大表现为硬化型。污泥固化土c、φ值随干湿循环次数的增大呈现出降低趋势,并最终趋于稳定。在此基础上,对不同中主应力比条件下的c、φ值变化规律进行分析,分别建立其与干湿循环次数和中主应力比之间的关系式,并构建出能够考虑不同围压及中主应力比影响的初始弹性模量E_i和主应力差渐近值（σ₁?σ₃）_ulti预测公式。     

氯氧镁水泥固化淤泥力学特性及微观机制

将氯氧镁水泥(MOC)创新性地引入淤泥固化,通过无侧限抗压强度、固化体含水率、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱测定(EDS)等试验,研究了初始含水率、MgO/MgCl2摩尔比、养护龄期和MgO活性等复杂因素对淤泥固化效能影响及其驱动机制。结果表明:初始含水率越高,试样强度越低,中等含水率时MOC固化淤泥中出现针杆状的3相或5相晶体;随MgO/MgCl2摩尔比升高,试样抗压强度随之增加,水化产物从无定形凝胶逐渐转化为3相、5相和Mg(OH)2晶体;随养护龄期延长,固化淤泥强度总体呈上升趋势,28d前强度增长相对较快,28d后强度趋于稳定;养护后期,MgO/MgCl2摩尔比较高的试样表面易出现泛霜现象;MgO活性提高使得MOC固化淤泥试样含有更多有效活性组分,无侧限抗压强度更高,但MgO活性高低对水化产物演变规律并无显著影响。研究成果可为绿色、低碳MOC基胶凝材料研发及其在淤泥固化等土体加固领域中应用提供理论支撑。     

冻融循环作用下城市污泥固化土动强度特性研究

污泥具有高含水率、力学性质差和污染物含量高等特点,可以通过固化技术将其转化为固化土,达到城市污泥安全处理与合理利用的目的。为了得到在多变的自然气候环境影响下固化土的动力特性,以城市污泥固化土为研究对象,在不同冻融温度和不同冻融循环次数条件下,通过动三轴试验仪对城市污泥固化土进行多振次循环动荷载试验,探讨其在经历不同冻融温度和不同冻融循环次数后的长期动力力学指标变化规律。试验结果表明,污泥固化土破坏形式呈现脆性破坏的特征,并具有明显的剪切面;在低温冻结和多次冻融循环耦合作用下,随着冻融温度降低和冻融循环次数的增加,污泥固化土的轴向应变增速和最终值会随之增大,动强度亦随之降低;对不同时刻动应力-应变曲线进行分析,得到不同冻融温度循环条件下城市污泥固化土动强度与冻融循环次数的关系式,为城市污泥固化土动强度计算提供理论依据。污泥固化土静、动长期强度随冻融次数的变化规律基本一致,在其他条件相同的情况下,污泥固化土静长期强度明显大于其动长期强度。     

纸浆渣烧结灰基本特性及其在污泥固化中的试验研究

国内每年产生大量的污泥,其无害化处理、废物重新利用的技术是解决疏浚污泥污染问题的必由之路,而污泥固化技术是其重要的途径。纸浆渣烧结灰自身所具有的吸水性和自硬性是一种研制廉价污泥固化剂配方的重要成分,是把造纸产业废弃物和生产废弃物同时再利用的环保工法,具有现实的研究价值。对纸浆渣烧结灰基本特性进行了试验研究,并在此基础上进行了污泥固化的试验研究,主要包括纸浆渣烧结灰酸碱度试验、吸水率试验、微观结构试验、抗剪强度试验和污泥固化土的无侧限抗压强度试验,结果表明,纸浆渣烧结灰呈弱碱性;吸水性随着压力的增大而减小,存在一个最小吸水率;抗剪强度随含水率的增加而减小,且具有自硬性。纸浆渣烧结灰可提高水泥固化污泥的无侧限抗压强度,并且水泥的掺入含量越高,其强度的提高越显著。     

干湿循环与初始静偏应力耦合作用下城市污泥固化土动力累积变形特性

城市污泥固化土用作路基填料,对于节约工程成本、保护环境等具有重要意义。本文以城市污泥固化土为研究对象,利用DDS动三轴仪,从干湿循环次数、初始静偏应力、动应力3个方面研究其对累积塑性应变及动强度特性的影响。试验结果表明:在干湿循环单独作用下,土体累积塑性应变随干湿循环次数的增加先增大后趋于稳定,但与初始静偏应力耦合作用下对土体累积塑性应变的影响不太显著。动应力对其影响较大,且存在临界值:当动应力小于临界值时,累积塑性应变呈现出先增大后逐渐稳定的趋势; 当动应力大于临界值时,累积塑性应变在达到某一振次后快速增大,土体迅速产生变形破坏。干湿循环与初始静偏应力都会降低土体的动强度,但干湿循环在达到10次后,动强度将趋于平稳,不再受其影响。通过回归分析,建立了考虑干湿循环次数、初始静偏应力及动应力等因素影响的城市污泥固化土稳定型累积塑性应变模型,并验证了其可行性。     

冻融循环对二灰和改性聚乙烯醇固化盐渍土力学性能的影响

随季节性变化的冻融循环作用对土体结构有显著的影响。为降低盐渍土对环境温度的敏感性并将其应用于工程中,提出以石灰、粉煤灰和改性聚乙烯醇(MPA)为固化材料的联合固化方法。先通过无侧限抗压强度(UCS)和微观扫描试验评价固化效果,构建固化材料的参数范围,再将抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)与正交试验相结合,分析各因素的影响,明确最佳组合参数。结果表明:石灰+粉煤灰+MPA联合固化有助于提高盐渍土的强度,联合固化盐渍土的UCS为1 130.25 kPa,是盐渍土(218 k Pa)的5.18倍;联合固化盐渍土的冻融强度满足工程规范(JTG 3430-2020)要求。冻融循环作用下联合固化盐渍土的UCS稳定值为700k Pa,且3次循环后的波动范围在5%左右。适宜配比下联合固化盐渍土的抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)在3次冻融循环后为208.2 kPa和38.56°。各因素的敏感性由高到低依次为养护时间、石灰掺量、MPA掺量、干密度、含盐量和冻融循环次数,随石灰、粉煤灰和MPA掺量的增加,联合固化盐渍土强度增大并趋于稳定,固化参数的优化可有效弱化冻融作用对滨海盐渍土的影响。结合抗压及抗剪强度试验结果,...     

聚氨酯固化海砂的静力特性试验研究

聚氨酯是一种高聚物,可以通过填充孔隙、胶结土颗粒的作用达到提高强度和整体性的目的。采用聚氨酯对海砂进行固化处理,设计无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,分析不同胶凝时间和不同固化剂含量下固化海砂的强度特性和变形特性。试验结果表明,随着胶凝时间的增加,固化海砂的强度提高,在固化时间3 h时就可达到稳定强度的80%以上,并且在试验所采取的质量比范围内,质量比越高,固化效果越好;聚氨酯泡沫填充到孔隙中使颗粒之间的咬合力增大,增强了黏聚力;颗粒重排列的阻力增大,使得海砂抵抗变形的能力增加,峰值强度提高,静力特性发生明显变化。     

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。     

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。