侵蚀环境中碱渣-矿渣固化淤泥的力学性质

为扩展碱渣和矿渣等工业固体废弃物的资源化利用途径,以碱渣和矿渣为固化剂对淤泥进行固化处理,开展侵蚀环境条件下固化淤泥试样的表观和无侧限抗压强度等性质试验研究,探讨侵蚀溶液对固化淤泥的作用机理。研究表明,自来水和30 g/L的NaCl溶液浸泡时,标准养护28 d的固化土表面完整性较好,试样密度随浸泡时间的增加而增大;15 g/L的MgSO4溶液和NaCl-MgSO4混合溶液浸泡时,固化土表面受到明显侵蚀,随着浸泡时间的增加,侵蚀程度逐渐加深,试样体积、质量和密度呈减小趋势。当浸泡时间从28 d增至42 d时,自来水浸泡试样的无侧限抗压强度增大,溶液浸泡试样的无侧限抗压强度基本保持不变;浸泡导致试样的延性增强,抵抗变形的能力减弱。在浸泡时间相同的条件下,MgSO4和NaCl-MgSO4混合溶液浸泡时固化土强度约为自来水和NaCl溶液浸泡时强度的一半,抵抗变形的能力也较弱。钙矾石、水化氯铝酸钙等水化产物的形成使碱渣-矿渣固化淤泥抗NaCl侵蚀能力强,但由于侵蚀作用形成微观裂隙及疏松结构导致其抗MgSO4侵蚀能力较弱。     

有机质含量对淤泥固化效果影响的试验研究

淤泥固化技术是淤泥资源化利用的一个重要方法,而有机质对淤泥固化效果的影响是淤泥固化技术研究中的重要课题。在淤泥固化的试验研究中发现有机质含量对淤泥固化的效果有着显著影响。通过对不同有机物含量的固化试验揭示了该种影响的规律,发现淤泥中的有机质存在着一个极限含量4.3 %,当超过这一极限含量后,有机质量的增加不再对固化效果产生更大的影响。根据这一研究结果,提出了对于高有机质淤泥采用水泥-石膏进行固化的方法。     

淤泥固化填筑路基试验研究

疏浚淤泥具有体量大、含水率高、强度低的特点,研究经济高效的复合固化剂可有效解决淤泥占用场地、污染环境的问题,推动资源化利用。本文以水泥为主固化剂,开展淤泥改性路基土的试验研究。通过单掺试验筛选主要添加剂,分析固化剂掺量对改性路基土的含水率、无侧限抗压强度和CBR值的影响。研究结果表明：水泥、粉煤灰和废渣均能有效提高改性土强度,但粉煤灰对降低含水率效果欠佳,大量使用会形成层片状结构。综合CBR值、压实度和价格指标,考虑含水率,获得复合固化剂最佳配比为水泥5%、粉煤灰6%、废渣50%、早强剂0.5%,该固化剂有效改善原料土的致密结构,形成骨架,构建疏水通道,稳定性良好。     

水玻璃基淤泥固化土力学性质试验研究

为解决淤泥固化及其资源化利用的问题,以宁波地区淤泥为研究对象,利用水玻璃基淤泥固化剂制备固化土,通过室内试验、固化机理分析和现场试验研究固化土的力学性质。室内试验给出了无侧限抗压强度和压缩模量随固化剂掺入比改变的规律,并指出存在最佳掺入比为7%;固化机理分析表明随着固化剂掺入比增加,固化土颗粒由鳞片状或条块状向团块状变化,团块体积呈增大趋势,固化土孔隙率小幅增大,中值孔径亦小幅增大,固化土由黏性土向粉土化转变;现场试验取心土样无侧限抗压强度约为室内试验值的70%。结果表明,水玻璃基淤泥固化剂加固淤泥土方案切实可行。     

固化有机质淤泥试验研究

淤泥固化技术是淤泥资源化的一个重要方法。当采用水泥基材料对有机质淤泥固化处理时,淤泥中的有机质严重影响了淤泥固化的效果。对此,笔者进行了固化有机质淤泥的试验研究,在分析有机质对淤泥固化效果影响机理的基础上,掺加不同外加剂改善有机质淤泥的固化效果,试验结果发现,碱性剂的加入会导致有机质的溶解,削弱淤泥的固化效果,粉煤灰的加入削弱了有机质对水泥水化的阻碍作用,有效提高了固化体的强度,采用水泥一粉煤灰一硫酸钠复合固化材料大幅度提高了固化淤泥的短期强度和长期强度,粉煤灰的加入提供了大量的钙离子,其掺量越大,固化淤泥无侧限强度后期增长率越大。     

湖底淤泥固化土的环境耐久性研究

为了评价淤泥固化土的环境耐久性,采用矿渣体系的碱激发胶凝材料(矿渣粉、偏高岭土、石灰和水玻璃)和普通硅酸盐水泥为固化剂,通过开展无侧限抗压、冻融循环、Na2SO4及NaCl浸泡侵蚀、扫描电镜和EDS-Mapping试验,分析了侵蚀环境下固化淤泥土的典型水化产物、强度演变规律、质量损失率和微观结构特征,结果表明,碱激发固化淤泥内部生成的水化硅铝酸钠凝胶(N-A-S-H)能有效提高强度,但是冻融循环和浸泡侵蚀均会导致固化土强度劣化;水泥固化淤泥受硫酸盐侵蚀后,钙矾石会呈现簇状发展而产生膨胀开裂,导致强度下降;碱激发固化剂的抗氯离子能力优于硫酸根离子,综合环境耐久性优于普通硅酸盐水泥。     

固化淤泥压缩特性的试验研究

淤泥固化技术在国内已经进入到工程应用阶段,明确固化淤泥的压缩特性对于指导淤泥固化工程的设计具有重要意义。通过单因素试验方案对不同初始含水率、不同水泥添加量、不同养护龄期的固化淤泥的压缩特性进行了研究。结果发现,固化淤泥压缩特性的最大特点是存在固结屈服应力,当荷载小于固结屈服应力时固化淤泥的压缩性非常小,而固化淤泥屈服之后的压缩性是屈服前压缩性的20倍以上,并且远大于未处理淤泥的压缩特性。淤泥本身是高压缩性的土,固化处理以后变为中等压缩性和低压缩性的土体。固化淤泥的固结屈服应力随水泥量增加线性增大,龄期越长、含水率越低固结屈服应力越大。固化淤泥的这种在固结屈服应力处发生突变的压缩特性和天然沉积结构性土类似,可以用双对数压缩模式来表示固化淤泥的这种压缩特性。     

基于固结-固化复合技术对温州淤泥加固的试验研究

为了对软弱淤泥土进行加固,使之满足工程建设所需的一定承载力,在试验基地采用固结-固化复合技术对淤泥进行加固研究。试验时,将一定厚度淤泥分为浅层固化加固层和深层固结加固层;浅层（≤1 m）淤泥采用固化技术进行加固,使之形成高强度硬壳层;对于深层（＞1 m）淤泥,采用真空预压技术进行加固,以提高深层淤泥的承载力并控制加固土体的后期沉降量。试验结果表明,当固化剂掺量为0.6%～5.0%时,浅层固化淤泥承载力特征值在109～330 kPa;固结-固化复合技术对土体加固效果突出,分层加固土体整体的承载力特征值在89～230 kPa;浅层淤泥经过固化处理后,土体强度较高,对地表荷载起到了明显的扩散作用,有效地减小了地表荷载在下卧层土体中产生的附加应力;多数试验单元浅层固化土的应力扩散角在19.474°～26.303°之间。     

离子土固化剂固化淤泥的微观机理研究

采用离子土固化剂对武汉典型淤泥进行化学加固,通过阿太堡界限试验获得不同配合比加固土的塑性指数;对离子土固化淤泥前后的样品开展了压缩性能、微观结构、比表面积、化学成分、能谱分析和阳离子交换等试验,研究离子土固化剂对淤泥加固的宏观表现与微观作用机理。试验结果表明:经离子土固化剂处理后的淤泥压缩性减小,孔隙变小,离子土固化剂促使土颗粒之间聚集、凝结,团聚体明显增大,比表面积减小,比表面能降低,土体结构更致密。淤泥固化前后其化学成分并没有发生改变,离子土固化剂与淤泥胶体颗粒表面的反离子层发生了阳离子交换反应,固化剂稀释液中部分K+、Na+离子被淤泥土截获吸附,黏土颗粒表面的Ca2+、Mg2+离子被解析出,使扩散层厚度变薄,ξ电势降低,黏土胶体颗粒聚结,提高了土颗粒之间的联结强度和稳定性,从而达到土壤改性加固的目的。     

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。     

电渗前后淤泥质土的物理力学性质对比研究

为深入研究电渗排水对土体工程性质的影响,采用铁丝为电极,在模型箱内对南京市某河道淤泥质土进行电渗排水 模拟试验。电渗前后土的物理力学性质对比分析表明：电渗后土体的液、塑限与塑性指数均降低;电渗前后土体在相同含 水量和干密度情况下进行直接剪切试验,发现电渗后土体的凝聚力和内摩擦角均降低,即电渗后土体在特定情况下出现了 强度衰减的现象。论文基于土中阳离子流失机理对土体在特定情况下的强度衰减现象进行了微观解释。另外,利用提出的 新的电渗机理从微观角度解释了电渗过程中土体开裂现象,阳极因快速失水,最早出现裂隙,但裂隙延展范围较小;阴极 含水量始终高于阳极,且失水速度较慢,裂隙延展范围较大。值得一提的是,在以往的研究中并未关注到电渗加固过程中 土中阳离子流失对电渗后土体性质的影响。     

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。     

CSFG-FR协同作用改良淤泥固化土性能试验研究

为改良淤泥固化土力学特性,提高其变形稳定性,提出采用以水泥?矿渣?粉煤灰?石膏（CSFG, cement-slag-flyash-gypsum）为材料的新型环保固化剂,协同纤维加筋（FR）作用改良淤泥固化土。通过开展无侧限抗压试验和渗透试验,对比分析了不同CSFG掺量（10%、20%、30%）、不同纤维长度（0、3、6、12 mm）和纤维掺量（0%、0.2%、0.4%、0.8%）对试样力学性能和渗透性能的影响。此外,通过X射线衍射（XRD）、电镜扫描（SEM）和核磁共振试验（NMR）分析了CSFG-FR协同作用的微观机制,讨论了其协同作用机制。得到如下主要结论：CSFG-FR试样的力学性能有较为显著的提升,破坏模式从脆性破坏转变为韧性破坏,变形性能也得到改善,但渗透性能改良效果不明显;CSFG-FR中的纤维存在临界掺量（0.4%）,当纤维小于临界掺量时发挥积极作用,超过时则会产生反作用;纤维通过形成三维纤维网络,促进水化物分布,引导水化物在其表面附着生长而发挥CSFG-FR协同作用,最佳纤维掺量为0.4%,最佳纤维长度为12 mm。     

初始含水率对水泥固化淤泥效果的影响

通过室内调配不同初始含水率的淤泥,研究了初始含水率对水泥固化效果的影响。研究发现,固化淤泥的无侧限抗压强度随淤泥含水率的增加呈乘幂关系下降,随着初始含水率的增加,固化淤泥的塑性增加,破坏应变增加,而黏聚力降低。随着初始含水率的增加,水分过多导致水化产物在单位体积中的数量较少,难以形成整体强度。在实际工程中,应在满足固化搅拌的施工要求下,尽量降低淤泥的初始含水率以取得较好的经济效益.     

水玻璃-碱渣-矿渣固化高含水率淤泥的强度性质

利用工业固体废弃物碱渣和矿渣作为固化剂,水玻璃作为激发剂,对高含水率疏浚淤泥的强度性质进行试验研究,并通过X射线衍射测试探讨固化机理。研究表明,在对含水率为110%疏浚淤泥固化的正交试验中,碱渣、矿渣和水玻璃掺量越多固化土的无侧限抗压强度越大,影响3 d强度的因素主次关系为碱渣>水玻璃>矿渣,而7 d和28 d时变为水玻璃>碱渣>矿渣,水玻璃对28 d强度的影响显著。当水玻璃掺量一定而碱渣与矿渣总掺量相同时,碱渣对固化淤泥的作用强于矿渣。固化土中的水化产物包括钙矾石、水化氯铝酸钙、水钙沸石和水化硅酸钙等,其填充和胶结作用使淤泥强度得到提高。研究确定了满足一般填土工程要求的固化方案,为碱渣和矿渣作为高含水率淤泥固化剂的资源化利用提供理论依据和参数支持。     

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。     

镁质水泥固化淤泥一维压缩特性研究

采用低碳、环保的镁质水泥对淤泥进行固化处理,结合一维压缩试验研究了不同龄期下固化淤泥的压缩特性。首先开展了不同养护龄期下镁质水泥固化淤泥一维压缩实验,结果表明:固化淤泥的e-p曲线与淤泥变化趋势类似,而且随着养护龄期的增加,固化淤泥的孔隙比e逐渐减小。因此,镁质水泥对固化淤泥的孔隙有很好的填充效果。与此同时,固化淤泥的压缩系数随养护龄期呈指数减小趋势,根据压缩系数与龄期之间的函数关系,对太沙基一维固结理论进行修正,建立符合镁质水泥固化淤泥压缩特性的一维固结模型。     

固化淤泥三轴试验研究

对不同水泥掺加量固化淤泥进行了固结不排水(CU)三轴剪切试验,对固化淤泥的破坏模式和抗剪强度参数进行了分析。试验结果表明：应力-应变曲线随着水泥量增加由理想弹塑性向应变软化型转变;当水泥量为50 kg/m3时,随固结压力的增加应力-应变曲线有理想弹塑性、应变软化和应变硬化三种类型;当水泥量高于100 kg/m3时,试样都呈脆性破坏模式。淤泥经水泥改良后成为一种结构性土,固结压力在小于试样结构屈服应力时对抗压强度影响不大。有效粘聚力随水泥量的增加呈较大的增长趋势,而有效内摩擦角分布在32o~42o,表明水泥固化淤泥的作用主要是提高土颗粒间的胶结,而填充孔隙的作用较弱。     

固化疏浚淤泥做堤防填筑材料的试验研究

固化疏浚淤泥作为堤防填筑材料,既解决淤泥的处置,又可解决堤防建设中填土的缺乏。用灰渣胶凝材料（HAS）固化淤泥并测试固化淤泥土的主要物理力学性质,发现掺6 %灰渣胶凝材料固化后的淤泥土,在自然堆积28 d后的液塑限达到60 %,有机质含量降低到2 %,淤泥由原来的有机质高液限黏土（CHO）变成高液限粉质黏土（MH）,其28 d的无侧限抗压强度普遍大于1.4 MPa,凝聚力c≥100 kPa,内摩擦角?＞35°,渗透系数小于10-6 cm/s,远高于提防填筑材料的标准,表明灰渣胶凝材料固化改性淤泥成为堤防填土是可行的。     

固化剂对盐渍土物理力学性质的固化效果研究进展

盐渍土路基产生的盐胀、翻浆、冻胀、淋溶与湿陷等病害严重影响道路的稳定性和耐久性,结合已建工程路基病害和拟建铁路工程的重要性,归纳了改良盐渍土的常用方法. 分析了土体固化剂从单一传统型到离子型再到新型高分子等复合型的发展趋势,从化学角度讨论了盐渍土固化的机理,并就固化盐渍土的微观机制、物理力学性质等方面进行分析. 在此基础上,对盐渍土路基填料固化的研究前景进行了展望,提出将多种固化方法及固化剂对盐渍土路基进行综合固化.