磷酸镁水泥固化铅污染土的应力-应变特性研究

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,系统地研究了MPC添加量、养护龄期、水土比和污染土铅含量对固化污染土应力-应变特性的影响规律。结果表明,固化污染土的应力-应变曲线呈现出3个阶段,即压密阶段、弹性阶段和破坏阶段;随着MPC添加量和养护龄期的增加,固化污染土的抗压强度qu增大,变形模量E50增大,破坏应变εf减小;水土比和铅含量对固化土的抗压强度qu和E50均存在临界值,分别为0.45和500 mg/kg,低于临界值时,固化土的qu和E50随着铅含量和水土比的增加而增加,εf随着qu增加呈幂函数规律减小,E50随着qu的增加呈线性增加,E50随着εf的增加呈幂函数规律减小。     

水泥固化铅污染土的基本应力-应变特性研究

采用水泥系固化剂,对铅污染土进行了固化处理,对固化后污染土的无侧限压缩变形特性进行了研究。试验所用的铅污染土通过人工制备而成,并考虑了不同的铅离子浓度和水泥掺量。研究结果表明,随着污染土中铅含量的变化,水泥固化铅污染土的应力-应变特性、破坏应变、变形模量值不同。铅浓度为0.01%、0.1%试样的破坏应变大于不含铅试样,且随着强度的增加、龄期的增长呈幂函数减小。韧性指数可用来定量描述铅离子浓度对固化土样韧性特征的影响程度。固化铅污染土的变形模量与其无侧限抗压强度呈线性关系,线性拟合参数与铅离子浓度和水泥掺量有关。     

水泥固化锌污染土电阻率与强度特性研究

以标准砂及普通硅酸盐水泥为试验材料,制作水泥固化锌污染土样,进行了一系列电阻率和无侧限抗压强度试验。研究了交流电频率对水泥固化锌污染土电阻率的影响、不同含量锌离子对水泥缓凝作用的影响、锌离子含量和龄期分别对水泥土电阻率和强度的影响、电阻率与无侧限抗压强度的关系。结果表明：电阻率随电流频率的增加而明显降低,尤其当频率低于50 kHz时为甚;不同含量的锌离子对水泥土的缓凝作用影响明显,随着锌离子含量的增大,水泥土强度的充分发挥所需时间逐渐增长,但在锌离子含量为500 mg/kg时,缓凝作用表现异常;电阻率和强度均随龄期的增加而增长,随锌离子的含量的增加上下波动,电阻率在锌离子含量为50 mg/kg和500 mg/kg时出现极值,强度在锌离子含量为100 mg/kg和500 mg/kg时出现极值;在各个龄期下,电阻率与强度均呈现出很好的线性关系。     

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.     

水泥固化/稳定锌污染土的强度和变形特性试验研究

在不同水泥掺量不同和龄期条件下对不同Zn2+浓度的水泥固化/稳定重金属污染土(CHMS)进行了无侧限抗压强度试验。分析了CHMS的应力-应变关系和强度发展随Zn2+浓度的变化特性;采用参数（qu/qu,Zn0）对CHMS的无侧限抗压强度随龄期发展规律进行了评价;讨论了Zn2+浓度对破坏应变和变形模量的影响。结果表明,锌离子浓度对CHMS的无侧限抗压强度、破坏应变和变形模量的影响均存在“临界浓度”（0.05%）。低于“临界浓度”时,锌离子对CHMS的强度和变形发展影响不明显;高于“临界浓度”时,CHMS的强度和变形发展规律受锌离子浓度影响显著     

玄武岩纤维对水泥固化软土性能的影响研究

水泥固化软土是工程中一种常见的地基处理方法。然而众多工程实践表明,仅利用水泥加固软土,其早期强度偏低,且随着养护龄期的增长水泥固化土体积收缩,易造成工程土体的沉降和开裂等问题。本研究选用玄武岩纤维与水泥共同固化软土,探究玄武岩纤维对水泥固化土强度以及收缩性能的影响。本试验制备了不同水泥掺量、不同玄武岩纤维掺量的固化土试样,对各龄期条件下试样的无侧限抗压强度及收缩性质进行测试,结合力学性质及收缩特征,确定最佳的水泥及纤维掺量。并结合试样的微观结构特征来分析,考虑纤维对水泥固化土强度及收缩变形影响的机理。结果表明：纤维的加入能有效提高水泥土的强度,改善其收缩性。纤维在试样中随机离散分布,纤维的存在可起到一种“桥梁”作用,与水泥的水化产物一起充填于土样孔隙中,使得土颗粒间充分连接起来,限制了颗粒间的位移,提高了试样的强度,抑制了试样的收缩,提高了土体整体的稳定性。研究成果可为软土的有效固化处理及高效利用提供理论及实践参考。     

废弃纤维改良水泥固化土力学特性及破坏模式研究

水泥固化砂土的低成本、无害化改良是岩土工程领域的热点问题。利用废弃服装制备的涤纶纤维对水泥固化砂土进行改良,研究纤维含量和纤维长度对水泥固化砂土无侧限抗压强度特性的影响。基于试样的宏观破坏形貌,定性分析改良前后水泥固化砂土的破坏模式及破坏模式的转变方式,利用脆性指数,研究纤维含量、纤维长度影响下水泥固化砂土破坏模式的转变规律,定量评价脆性破坏向延性破坏的转变程度。研究结果表明:在最优纤维含量1.0%、最优纤维长度9 mm条件下,废弃涤纶纤维的改良效果最佳,水泥固化砂土的无侧限抗压强度、峰值应变、残余强度、残余应变的增长幅度分别为43.3%、18.2%、276.9%、190.9%。水泥固化砂土改良后,由最初的脆性破坏向半延性、延性破坏转变,宏观破坏形貌由脆性破坏时纵向贯通相互独立的裂隙向半延性破坏时单斜或稀疏的共轭破裂裂纹、延性破坏时稠密的网状共轭裂纹转变。在最优纤维含量、最优纤维长度条件下,试样破坏后表面共轭裂纹数量最多,脆性指数最小,试样由脆性破坏向延性破坏转变程度最高。研究结果为水泥土的无害化改良和纤维土的破坏模式分析提供科学依据。     

基于温度效应下二灰固化石油污染滨海盐渍土力学特性优化固化需求

温度是影响石油污染土性能的重要因素。依托滨海地区特有气候环境特点,借助抗压强度指标及应力-应变分布,从抗温敏性角度,优化石油污染滨海盐渍土对二灰的固化需求。研究结果表明:(1)在-20～40℃温度变化范围内,石油污染土抗压强度波动幅度高达1倍,采用二灰进行固化处理后,抗压强度波动缩小至10%～20%。二灰固化作用可将热敏性物质(石油、水、盐)吸附、包裹于胶体内外,增强对环境温度变化的抵抗性。(2)石油污染土及固化石油污染土的无侧限抗压强度均随温度变化呈先减小后增大趋势,10℃为强度转折点,也即最低点,实际工程中应加以重视。(3)温度作用下,固化石油污染土呈应变软化型破坏,且随温度及污染水平的增大,塑性变形阶段延长,轴向应变增大,出现四周型层状破坏。(4)土体自身的污染程度影响固化效果,高污染条件下抗压强度波动幅度约为40%,实际工程中应依据土体自身的污染程度调整固化配比。低污染土的固化配比选取只需略高于未污染土,过高固化配比并不利于增强稳定性,同比率石灰掺量的改变较粉煤灰的更有助于增强稳定性。污染水平≤6%的石油污染盐渍土,可选固化配比为石灰10%+粉煤灰20%。     

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。     

新型GS固化土与水泥土的力学特性对比研究

GS(Gypsum-Slag)土体硬化剂是一种由水泥、钢渣、矿渣和脱硫石膏及其他外加剂组成的新型土体固化材料。将GS土体硬化剂和水泥两种固化剂固化土作为研究对象,通过室内无侧限抗压强度试验和电镜扫描试验,研究固化土的应力-应变曲线以及土质、固化剂掺量、龄期对固化土力学性能的影响,观察其微观结构,进而对比分析GS土体硬化剂和水泥的特性,并进行现场试验加以验证。研究结果表明：相比水泥土,GS固化土应力-应变曲线存在明显峰值;GS固化土和水泥土的强度均随着掺量和龄期正增长,且GS固化土的长期强度更高;GS固化土和水泥土变形模量分别是其抗压强度的31.11～77.24倍和23.24～71.62倍;GS固化土现场成桩的完整性优于水泥土。相比水泥土,GS固化土具有强度增长快、后期强度高、经济效益好的特点,可较好满足地下工程和路基工程等土体加固应用需求。     

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。     

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。     

水泥土工程特性的室内试验与分析

通过室内试验研究了上海地区主要两个软土层的水泥土强度和压缩变形特性，分析了影响无侧限抗压强度的主要因素，验证了预测最终强度的回归公式以及变形模量E50与强度的关系。     

超细水泥对固化软土早期抗压强度影响的试验研究

为研究超细水泥含量对水泥固化软土的早期力学性能的影响,本文通过在普通水泥中加入不同掺量的超细水泥组成复合水泥固化剂用以固化软土。具体研究不同超细水泥掺量、不同初始含水率、及不同养护围压条件下,复合水泥固化剂对固化软土早期抗压强度及刚度的影响。采用自制K₀围压养护装置(施加不同轴向压力的方式)、无侧限抗压强度仪(UCS)、X射线衍射仪(XRD)、电镜扫描仪(SEM)和低场核磁共振孔隙测试仪(NMR)等试验手段获取复合水泥固化软土不同龄期的抗压强度、刚度及微观结构的变化规律,并揭示其固化机理。研究结果表明:(1)相同轴向压力作用下,随着超细水泥掺量的增加,固化软土的抗压强度和弹性模量均有提高,其中复合固化剂中的活性颗粒发生水化反应生成大量胶凝产物用以黏聚土颗粒和填充孔隙,惰性颗粒用于填充土颗粒间的孔隙;(2)随着含水率的提高,固化软土中孔相对发育,从而使固化软土结构致密性减弱,抗压强度降低;(3)在K₀围压养护7d时,固化软土的抗压强度和弹性模量随着轴向压力的提高而增加,表明养护围压对软土颗粒的压缩作用能提高固化软土的密实性,同时围压对固化软土产生有效应力,与水化产物共同促进固化软土形成密实的土骨架,进而使其在7d内具有较高的抗压强度。基于试验结果,建立轴向压力、含水率和超细水泥掺量等多因素的固化软土强度预测公式,并提出复合水泥固化软土结构模型,为工程实践提供理论基础。     

钾盐和磷酸盐对固化土早期强度的影响研究

利用土壤板结原理,通过对硫铝酸盐水泥固化土无侧限抗压强度试验和水稳定性试验,探讨钾盐、磷酸盐对其早期强度的影响规律;通过X射线衍射（XRD）对固化土的物相成分进行了分析,探讨钾盐、磷酸盐影响固化土强度的变化内在机制。试验结果表明,钾盐、磷酸盐对固化土强度提高的阈值为0.6%,当盐掺入量低于该阈值时,固化土强度会随着盐掺量的增加而提高,当盐掺入量超过该阈值时,固化土强度会逐渐降低。盐掺入量不超过2%时,掺盐固化土水稳定性与未掺盐固化土差不多,7 d固化土软化系数基本保持在70%以上,但掺入K2SO4的固化土水稳定性较差,软化系数在60%左右。生成高强难溶具有膨胀性的矿物晶体是掺盐固化土早期强度提高的主要原因,但盐掺入量过高,固化土中矿物晶体过多膨胀作用,破坏固化土结构,而使固化土早期强度降低。     

功能组分对固化土早期强度的影响研究

根据红黏土的特点,为解决其固化土早期强度低、水稳定性差等问题,提出了使用膨胀组分、早强组分、减薄双电层结构组分、防水组分等功能组分来提高硫铝酸盐水泥固化土的早期强度。通过单掺试验,优选出了硬脂酸铝、三乙醇胺、Fe(NO_3)_3和石膏作为土壤固化材料的功能组分,并通过正交试验,确定了功能组分的最优配方。在该配方下,固化土的7d无侧限抗压强度达到了8.60 MPa。利用XRD、SEM等微观表征,对比分析了掺入功能组分前、后固化土的矿物组成以及微观形貌结构变化,结果表明:适量的功能组分掺入有利于高强、难溶具有膨胀性的矿物晶体生成,从而提高固化土早期强度,但功能组分掺量过高,由于矿物晶体过多膨胀作用以及憎水膜的阻碍作用,改变了固化土的联结方式,使其早期强度降低。     

磷酸镁水泥固化铅污染土的力学特性试验研究及微观机制

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和渗透试验,研究了MPC添加量、水土比对固化污染土强度及渗透特性的影响规律。结果表明,固化土的强度随MPC添加量增加而增大,渗透系数减小;水土比对固化土的强度及渗透特性的影响均存在临界值,为0.45。低于临界值时,固化土的强度随着水土比的增加而增加,渗透系数随着水土比的增加而减小。压汞试验（MTP）结果表明,随MPC添加量的增大,固化土孔隙体积减小,水土比不超过临界值时,固化土孔隙体积随着水土比的增大而减小。扫描电镜试验结果表明,随着MPC添加量的增加,土颗粒团聚化越明显,胶结程度加强;水土比不超过临界值时,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1 ?m的孔隙体积来影响固化土的强度和渗透特性。     

水泥-粉煤灰固化/稳定重金属污染土的电阻率特性试验研究

固化/稳定法修复重金属污染土固化机制的研究方法多基于力学测试和化学分析,因而提出无损、快捷方便且经济有效的物理评价方法是目前亟待解决的关键问题。通过系统的室内试验,利用电阻率法研究了水泥-粉煤灰固化重金属污染土的微观作用机制,并建立了基于电阻率的固化铅污染土无侧限抗压强度预测模型。试验结果表明,随着养护龄期的增加,试样电阻率、孔隙水电阻率、结构因子、形状因子均显著增大,而各向异性系数则随之减小。而增加重金属离子浓度,电阻率、孔隙水电阻率以及平均形状因子明显减小,各向异性系数A则逐渐增大。扫描电镜分析结果与电阻率参数变化规律吻合,进一步验证了电阻率法揭示水泥-粉煤灰固化重金属污染土微观作用机制的可行性。此外,电阻率与无侧限抗压强度之间存在良好的线性关系,可作为评价固化土体力学性能的指标。     

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。     

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。