水玻璃固化硫酸盐渍土强度特性及固化机制研究

盐渍土化学固化法是解决盐渍土盐胀、溶陷和腐蚀等不良工程问题的有效方法之一。通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验、化学成分分析和扫描电镜试验研究了石灰粉、煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的强度特征,分析探讨了其固化机制。试验结果表明：石灰含量小于8%时,石灰、粉煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的抗压和抗剪强度较石灰粉煤灰固化土有大幅度提升,固化土强度随水玻璃浓度几乎呈线性增长。水玻璃固化硫酸盐渍土强度增加的机制在于：水玻璃的碱激发粉煤灰作用和水玻璃与盐渍土中化学成分的吸附作用所生成各类凝胶的填充和包裹,使得骨架颗粒的接触面积增大,颗粒之间的孔隙逐步减小,骨架颗粒由点接触变为面接触,固化盐渍土通过凝胶而黏结成为一个紧密的空间网状整体结构,土体强度得以提高。同时,复杂的物理化学作用大幅度降低了固化盐渍土中 含量,有效地抑制了硫酸盐渍土的盐胀特性。     

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,...     

含盐量对石灰固化滨海盐渍土稠度和击实性能的影响

随着含盐量的增加,滨海盐渍土中的盐分结晶形成了更多的盐颗粒,使石灰固化土的稠度指标发生变化,总体上分阶段逐渐下降。含盐量的增加使得石灰固化土的不均匀系数增大,且随着养护龄期的增加而增大。增加土的含盐量,则石灰固化土悬液的电导率随之增加,但电导率几乎不随养护龄期而变化,这表明氯盐没有参与石灰的固化反应,只是吸附在土颗粒的表面或存在土孔隙中,石灰固化后的盐渍土仍然具有一定的吸湿软化性。重型击实试验结果证实,增加含盐量使石灰土混合料的最大干密度略有降低,最优含水率则几乎不变,因此,施工中可不考虑含盐量对石灰固化滨海盐渍土现场碾压效果的影响。     

冻融作用下纤维加筋固化盐渍土的抗压性能与微观结构

冬季冻结与春季融化引起北方滨海盐渍土的工程性质劣化。为研究纤维加筋对固化土的抗压性能、抗冻融性能与微观结构变化,开展了石灰固化盐渍土和纤维与石灰加筋固化盐渍土的冻融试验、无侧限抗压试验、扫描电镜试验、核磁共振试验和压汞试验,系统分析冻融后纤维加筋固化盐渍土的抗压强度与孔隙特征间的相关性、抗冻融性能及其变化规律。结果表明...     

以强度增长率评价麦秸秆加筋盐渍土的加筋效果

采用麦秸秆与石灰共同加筋固化滨海盐渍土,可解决由于盐胀、溶陷和吸湿软化引起的土体强度下降问题。首先,制备盐渍土、石灰土、麦秸秆加筋盐渍土和麦秸秆加筋石灰土试样（整体均匀加筋、上部均匀加筋和下部均匀加筋）;进而,进行? 50 mm试样、? 152 mm重型击实试样和? 102 mm轻型击实试样的无侧限抗压强度试验,以及? 61.8 mm试样三轴压缩试验;最后,分析抗压强度增长率、主应力差比值和黏聚力增长率的变化规律,以评价麦秸秆的加筋效果。结果表明：① 麦秸秆加筋增强了土的抗压强度和抗变形能力。② 麦秸秆加筋提高了土的黏聚力,在试样下部加筋,加筋效果更好。③ 加筋石灰土的强度由麦秸秆和石灰共同承担,加筋石灰土的浸水稳定性来源于石灰的固化作用。④ 低围压时,加筋对土的侧向变形约束较强;高围压时,加筋和围压共同限制土的侧向变形。采用麦秸秆加筋是滨海盐渍土的一种有效处理方法     

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。     

以抗压强度确定麦秸秆加筋盐渍土的加筋条件

滨海盐渍土具有盐胀、溶陷和吸湿软化等不良工程地质问题,未经固化处理不能满足工程建设的强度和变形要求。借鉴合成纤维加筋土和草根土的研究成果,初步确定包括加筋长度、质量加筋率、加筋形状和石灰掺加量等因素的麦秸秆加筋盐渍土的加筋条件。通过抗压强度试验和Taguchi正交试验设计优化方法,确定最优加筋条件为：加筋长度为10 mm、加筋率为0.25 %、形状为1/4圆弧状和石灰掺加量为8 %。以麦秸秆作加筋与石灰共同加筋固化滨海盐渍土,其抗压强度试验结果表明,石灰+麦秸秆加筋盐渍土的抗压强度、抗变形能力和水稳性均优于石灰土和盐渍土。初步的研究成果对今后系统研究麦秸秆加筋滨海盐渍土的抗压强度、抗剪强度和变形特性等具有指导意义。     

滨海盐渍土的固化方法及固化土的偏应力-应变

滨海盐渍土可使用水泥、石灰、粉煤灰和高分子材料SH固土剂单独及联合固化,以提高土的强度、抗变形能力和水稳性。为研究各种固化方法固化盐渍土的抗变形能力和偏应力-应变特征,通过三轴UU压缩试验得到盐渍土和6种固化盐渍土的偏应力-应变曲线。曲线显示：水泥＋石灰类固化土呈应变软化型、石灰＋粉煤灰类固化土呈应变软化型、石灰类固化土呈应变硬化型。掺入SH固土剂,提高了固化土的浸水前后的强度,同时也增强了固化土的水稳性。掺入SH固土剂使固化土达到偏应力峰值所需的应变增加,即抗变形能力增强;0.9%SH固土剂+12%石灰+36%粉煤灰固化土具有适中的强度、良好的弹性变形和水稳性的优点,作为轻质路堤填料使用,还可减少滨海地区软土路基的沉降量,这使其成为滨海盐渍土的6种固化方案中的最适宜方案。     

含盐量对石灰固化滨海盐渍土微结构参数的影响

因土中含有较多的氯盐,引起了石灰固化滨海盐渍土的微结构变化。采用Leica QWin5000图形处理软件对石灰固化滨海盐渍土的SEM照片进行统计,证实随着含盐量的增加,固化土颗粒的等效直径、扁圆度、面积比和充填比等微结构参数呈近线性变化。含盐量增加使得固化土颗粒的粒度分维值增加,颗粒的均一化程度越来越差;而颗粒定向分维则先升、后降、再逐渐趋于一个稳定值,即固化土颗粒的排列方向保持不变。固化土颗粒级配测试结果也与上述变化规律相吻合。     

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。     

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。     

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。     

掺石灰黏土电阻率试验研究

利用4电极电阻率测量装置,在室内对各种灰土样的电阻率进行测试对比研究,揭示了不同因素如灰土比、含水率、饱和度、土的结构和土粒粒径等对灰土样电阻率的影响。在不同含水率（15 %、20 %、25 %和30 %）条件下,素土及其与不同石灰掺量（1:10、1:15和1:30）的混合,通过轻型击实试验后,测量其横向及竖向断面上的电阻率,研究电阻率与不同石灰配比击实土样的物理力学性质之间的关系。实验结果表明,当含水率在15 %~20 %之间时,较小的含水率增量引起混合土样电阻率的大幅度下降;当含水率约达到20 %后,其电阻率随含水率的继续增加而减小的幅度很小;在15 %含水率时,掺灰土电阻率比素土样高;在30 %含水率时,其电阻率低于素土样,而且掺量越大,电阻率越低;由于击实导致土体颗粒的结构重新排列,电阻率在横向上大于竖向;电阻率随着无侧限抗压强度的增加而增加,在电阻率大于50 ?•m时,电阻率随无侧限抗压强度的增加而减小;饱和度、干密度与电阻率呈负指数变化规律,孔隙率、孔隙比与电阻率呈指数变化规律;含水率对于电阻率的影响较为敏感。     

冻融循环条件下水泥固化铅污染土强度模型研究

以冻融循环条件下水泥固化铅污染土为研究对象,通过室内试验研究冻融条件下水泥固化铅污染土的抗压强度特性。试验结果表明：水泥固化铅污染土的强度随水泥掺量增大而增大,随冻融循环次数的增加先略微增加,达到峰值后,随冻融循环次数的增加而快速减小,最后趋于稳定。随着冻融循环次数的增加,不同铅离子浓度的固化铅污染土的强度损失量不同,并表现出在相同水泥掺量下,铅离子浓度为0.5%的固化污染土抗压强度损失量最小。通过回归分析,建立了水泥固化铅污染土强度随冻融循环次数变化的预测模型,为实际工程提供理论参考。     

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。     

赤泥改性黄土的基本工程性质研究

为探究赤泥改性黄土的基本工程特性,进行无侧限抗压试验、直剪试验及渗透试验,得出赤泥改性黄土的最佳配比,建立了抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率的经验公式。通过动三轴试验,分析了循环动荷载下改性黄土的累积塑性变形、动弹性模量及浸出毒性。结果表明,随赤泥含量增加,改性黄土无侧限抗压强度和黏聚力都先增大后减小,当赤泥含量为15%时其28 d无侧限抗压强度达到3.5 MPa,较不掺入赤泥时提高约34.7%;改性黄土的渗透系数随赤泥含量增加先快速降低,至赤泥含量5%后趋于稳定;改性黄土的抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率呈良好的线性关系;改性黄土在循环动荷载下的临界动应力达600 kPa,最大动弹性模量比未改性黄土高出6倍,且其浸出液不具有浸出毒性。     

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。     

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。     

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。