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。     

新型土体固化剂加固海底淤泥力学特性研究

海底淤泥具有特殊的土性特点,其固化研究尚处于起步阶段。GS固化剂是一种以工业固废为主要原料的适用于软土加固的绿色固化材料。本文开展了GS固化剂加固海底淤泥的应用研究。以香港某工程海底淤泥为加固对象,对比分析了GS固化剂和水泥的掺量、龄期对固化土无侧限抗压强度的影响。研究结果表明,相比于普通水泥,GS固化土的早期强度更高、强度增长更快,强度提高比在2.03~2.91。同时,建立了回归模型,提出了GS固化剂加固海底淤泥的强度预测方法。研究成果有助于指导工业固废的资源化处置和建筑行业绿色发展。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用

采用击实试验、液塑限联合测定界限含水率试验、蜡封法测定干密度试验、二氧化碳气量法、交换性钠离子百分比试验等方法,结合黏土矿物组成与结构特点,研究了水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用。试验结果表明：随着固化剂剂量的增加,混合料的最大干密度增大,最优含水率降低;固化土混合料经过养护后,塑性指数降低,干密度增大,碳酸盐含量增加,交换性钠离子百分比升高;黏土矿物在强碱性和钙离子作用下被激活,形成各种水化硅酸盐和铝酸盐。研究认为：在土-固化剂-水-气系统中通过液相和气相向固相的转变以及各类水化产物的填充、挤密、胶结等作用,混合料逐渐形成较致密的整体;离子交换反应对土体的加固作用在后期起负效应;铝硅酸盐黏土矿物在强碱性和钙离子存在条件下被分解,参与水化硅酸盐和铝酸盐的反应。     

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     

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。     

3种因素影响下固化废弃淤泥的微观特性研究

为揭示初始含水率、固化剂掺量和龄期3种因素对固化废弃淤泥力学性质影响的本质,以硫氧镁水泥固化废弃淤泥为研究对象,开展了不同含水率（w）、固化剂掺量（Wg）和龄期（T）条件下固化淤泥的电镜扫描试验,利用图像处理软件研究了固化淤泥的微观接触面积率（RCA）、平均丰度（Cm）和分形维数（D）受含水率、固化剂掺量和龄期的影响规律。结果发现：含水率的增加会抑制硫氧镁水泥的水化,增加固化淤泥结构的分散性,进而减小固化淤泥的接触面积率、平均丰度,提高其分形维数。而固化剂掺量和龄期有利于固化反应的发展,促进扁圆状固化产物的生成,提高固化淤泥结构的紧密性,从而增加固化淤泥的接触面积率、平均丰度,降低其分形维数。3种因素中,龄期对固化淤泥的接触面积率和分形维数影响最为显著。     

新型高分子聚合物固化高含水率淤泥的早期强度试验研究

本文在传统固化材料的基础上,引入新型高分子材料,针对高含水率淤泥固化后早期强度不足和实际工程适用性问题,模拟原位填筑和异地填筑两种使用工况进行系列土工试验。研究环境因素、固化剂掺量和初始含水率对固化淤泥早期强度的影响,并确定最优固化剂掺量;通过一维压缩应力-应变曲线来分析固化淤泥的破坏特性;通过电镜扫描图分析固化土的微观结构,探究固化剂的固化机理。试验结果表明：该新型高分子固化剂对高含水率淤泥固化效果良好,固化剂的最优掺量为5%,固化淤泥土7d无侧限抗压强度可达2.4 MPa;异地填筑工况更有利于固化土的强度发展,相比于原位填筑强度增长了大约30%;固化土在达到极限强度时会发生脆性破坏,在工程使用中应避免。通过对固化淤泥的微观结构分析,结果表明固化淤泥的强度主要来源于带有极性离子的土颗粒积聚成团以及高分子聚合物水化形成的链状网络结构对土颗粒的胶结作用。     

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。     

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     

矿渣-脱硫石膏-电石渣固化剂固化黏土的研究

废弃黏土工程特性较差,难以作为路基材料进行资源化利用,还有工业废渣的产量日益增长,其利用率根本追不上产量,针对该问题研究了不同掺量矿渣-脱硫石膏-电石渣(GGBS-DG-CCS,GDC)固化剂对黏土力学性能和微观机理的影响。采用Design Expert中的box-behnken design(BBD)得出矿渣、脱硫石膏、电石渣的最佳配合比,通过无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度和水稳试验评价了GDC固化土的宏观力学性能;然后采用SEM和XRD分析了GDC固化剂与黏土之间的相互作用机理,并与同掺量的传统水泥固化方案进行对比。结果表明：矿渣、脱硫石膏、电石渣的最佳配合比为11.93︰1.53︰6.01,GDC固化黏土的无侧限抗压强度均随固化剂掺量和养护龄期的增加而增大;相较于水泥固化土,GDC固化土具有更好的水稳定性,且随着养护龄期的增长,GDC固化土呈现出更高的抗压强度、抗劈裂性以及更低的脆性;SEM和XRD分析显示,GDC固化土在养护过程中会不断生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C-A-H)等胶凝性水化物以及膨胀性水化产物钙矾石(Aft),与水泥土相比,28 d龄期的GDC固化土微...     

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。