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。     

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。     

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。     

固化轻质土在干湿循环及大变形条件下力学特性研究

为了研究在多变自然气候环境影响下新型土工材料——固化轻质土的力学特性,以自行研制的固化轻质土为研究对象,通过控制含水率变化模拟干湿循环作用,研究不同密度固化轻质土强度随干湿循环次数变化的规律。利用GCTS环剪仪对不同密度的固化轻质土分别进行单级剪切、多级剪切和预剪切3种不同形式的环剪试验,分析固化轻质土抗剪强度指标c,φ值以及残余强度在不同剪切方式下的变化规律。结果表明:在干湿循环作用下,固化轻质土的抗剪强度在剪切初期明显下降,随后趋于稳定,土体密度越大,龄期越长,衰减趋势越小。对固化轻质土孔隙率测试表明,土孔隙率随着干湿循环次数的增加呈现出先增大后趋于平缓的变化趋势,从内部机理上解释了强度的变化规律。在大变形条件下,多级剪切形式下土体残余抗剪强度最大,预剪切次之,单级剪切最小。同种剪切方式下固化轻质土的残余抗剪强度与密度和法向应力成正比。     

气泡混合轻质土干湿循环和硫酸钠耐久性试验研究

采用水泥和地聚合物作为固化剂制备气泡混合轻质土,测试水泥轻质土（LCSC）和地聚合物轻质土（LGSC）在干湿循环和硫酸钠长期浸泡环境下的无侧限抗压强度和质量变化率,并相互进行对比,分析干湿循环级数和硫酸钠浸泡环境对其强度特性的影响规律。结果表明,标准养护地聚合物轻质土强度约为水泥轻质土的2倍;干湿循环后地聚合物轻质土强度随干湿循环级数衰减较快且破坏程度逐渐增大,水泥轻质土强度未出现明显衰减,与水泥轻质土相比,地聚合物轻质土抗干湿能力较差;硫酸钠溶液浸泡120 d后,地聚合物轻质土强度出现小幅下降,约为标准养护28 d试样的80%;水泥轻质土出现开裂破坏,与水泥轻质土相比,地聚合物轻质土抗硫酸钠侵蚀能力较强。     

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。     

碱渣改良膨胀土室内试验研究

通过室内试验,探讨利用碱渣作为添加剂对膨胀土改良的可行性和改良效果和碱渣改性土的基本物理力学性质和膨胀性。研究结果表明,随着掺渣率的增加,碱渣改性土的黏性成分的含量降低,粗颗粒含量增加,导致相对密度、液限、塑性指数、自由膨胀率、有荷膨胀量均呈明显减小趋势,这说明碱渣对膨胀土膨胀性的改良有显著效果;碱渣改性土可击实含水率范围较之膨胀土宽,这给碱渣改性土的施工带来很大方便;经过7 d养护后的土样无侧限抗压强度和抗剪强度都显著增加,并在掺渣率为30%时存在一个峰值点。抗剪强度增强主要体现在黏聚力显著增加,而内摩擦角变化不大。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

活性MgO碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀性研究

既有研究表明,活性MgO固化土经CO2碳化几小时后其强度能达到甚至超过28 d的水泥固化土强度,碳化反应生成镁的碳酸化合物能有效降低固化土的含水率和孔隙率,提高土颗粒胶结能力。通过室内试验进一步研究碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀特性。采用硫酸钠溶液、硫酸镁溶液浸泡碳化固化土,对浸泡不同龄期后的碳化固化土进行无侧限抗压强度试验和微观测试（XRD,SEM和MIP）,并与硫酸盐侵蚀后的水泥固化土进行试验对比。结果表明：活性MgO固化粉土碳化3 h,试样的无侧限抗压强度可达5 MPa左右,经硫酸盐溶液浸泡28 d后其强度基本保持不变,试样质量变化也不大;而水泥土试样的早期强度（7 d）则有一定增长,随龄期增长,强度大大降低,质量则明显增长。通过对硫酸盐侵蚀前后的碳化土的微观机制分析,发现活性MgO碳化固化土中的镁碳酸化合物的化学成分并未发生明显变化,孔隙结构也未明显改变,从而保证其强度稳定。因此,活性MgO固化粉土碳化后具有比水泥固化土更强的抗硫酸盐侵蚀能力。     

赤泥复合物固化/稳定化镉污染土特性研究

赤泥是工业生产氧化铝产出的固体废渣,产量庞大且具有较强碱性的特点。尝试将赤泥作为碱性激发剂与粉煤灰、粒化高炉矿渣（GGBS）结合用于固化/稳定镉污染土,对养护7、14、28 d试样的无侧限抗压强度特性、剪切特性、重金属浸出特性和微观结构进行研究。研究结果表明：土中镉离子会降低土体强度,掺入赤泥、GGBS和粉煤灰后土体强度相应增强;镉离子初始浓度会对赤泥基固化土强度造成影响,当初始值高于临界浓度值,土体强度开始逐渐降低;土中镉浓度的增加会降低土体剪切强度和黏聚力,同时增大摩擦角;赤泥-GGBS固化土有较高的强度和较低的重金属浸出率,相较于赤泥-粉煤灰有更好的固化/稳定效果。     

轻质土密度、强度与材料组成的关系研究

论述了轻质土试样的制备方法,对轻质土密度、无侧限抗压强度与材料组成之间的关系进行的研究表明：密度主要受到EPS颗粒添加量的影响;无侧限抗压强度主要受到水泥添加量、EPS颗粒添加量的影响。在此基础上给出了适合于工程应用的轻质土的配方公式。     

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。     

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。     

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。     

EPS颗粒混合轻量土无侧限抗压强度特性试验研究

为研究EPS颗粒混合轻量土的密度、强度和变形特性,对不同水泥掺量、EPS颗粒掺量、含水率和龄期的轻量土进行密度无侧限抗压强度试验。试验配置轻量土无侧限抗压强度范围为103.2~1359.0 kPa,且随水泥掺量的增大呈指数关系增大的趋势,随EPS颗粒体积比的增大而呈线性关系减小的趋势。在大于最优含水率情况下,含水率越高,无侧限抗压强度越低,两者为指数关系,而龄期的增长能够使得轻量土的无侧限抗压强度呈双曲线增大的趋势。EPS颗粒混合轻量土的应力-应变关系曲线主要表现为应变软化型,含水率和EPS颗粒体积比的增大会使得轻量土的应力-应变关系曲线逐渐向硬化型转化。水泥掺量和龄期的增大能够增强轻量土的脆性特征,增大刚度。而含水率和EPS颗粒体积比的增大则使得轻量土的延性特征增强,刚度减小。研究成果对实际工程应用具有参考价值。