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     

生石灰-石粉-WSS固化剂在钻渣废弃土筑路再生中的应用

围绕钻渣废弃土含水率高、塑性指数大、施工性能差3个问题,设计了生石灰+石灰岩石粉的预处理方案,通过一系列室内试验,从脱水效率、界限含水率变化幅度、预处理后土颗粒形态和破碎难易度4个方面选择出最优配合比。之后使用矿渣-纳米复合土壤固化剂(WSS)对预处理土进行固化,以无侧限抗压强度(q_u)、水稳定性(γ_w)、加州承载比(CBR)和抗压回弹模量(E_c)为指标评价固化效果,同时对预处理的辅助固化作用进行分析。除此之外,本试验还探究了最大粒径等级(D_max)对固化土强度、破碎形态和水稳系数的影响。结果表明：本预处理方法能有效降低废弃土含水率并提高脱水速率,显著改善土体的界限含水率与颗粒形态,增进与粉末状固化剂的拌和效果。钻渣废弃土经“3%生石灰+3%石灰岩石粉+3%WSS”处理后,28 d龄期无侧限抗压强度(q_u)为2.13 MPa,高于传统水泥固化方案和不进行预处理的固化方案。经分析得出,预处理剂可以絮凝-硬化黏土颗粒并疏松土体结构,还可以让土体呈碱性以增强WSS与水泥的固化效果。此...     

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。     

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。     

固化剂对软土强度影响的试验研究

不同固化剂对软土的加固效果有一定差异,且固化土的强度特性愈来愈受到重视。通过不同掺入比和不同龄期时固化土（新型固化剂#Ι）的无侧限抗压强度试验结果,分析了掺入比、龄期对固化土强度的影响。试验结果表明,固化剂#1对黏土的加固效果优于水泥,固化土的强度为水泥土的1.5～2.4倍;固化剂强度与龄期、掺入比关系密切,不同掺入比时随龄期的增长固化土强度的变化也有所不同。     

流态地聚物固化土强度特性及其强度预测

地聚物胶凝材料能够替代水泥基胶凝材料作为固化剂应用于狭窄肥槽回填等工程问题中,有效降低水泥生产过程中的污染及能耗,但目前对于流态地聚物固化土胶凝材料的研究较少。采用3种新型绿色胶凝材料联合碱激发剂固化工程渣土形成流态地聚物固化土,通过对比其无侧限抗压强度,探究每种胶凝材料对于固化土强度特性的影响,同时建立强度预测模型,分析不同因素对于强度的影响程度。研究结果表明：固化土的强度随着碱激发剂模数的增加先提高后降低;固化土强度随着高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰、稻壳灰掺量的增加均呈上升趋势,随着稻壳灰粒径的增长呈下降趋势;碱激发剂模数增至1.2、GGBS掺量增至10%、粉煤灰掺量增至8%和稻壳灰掺量增至11%时,固化土强度提升最为显著;强度预测模型预测结果的平均相对误差仅为5.57%,预测结果较为精准;预测模型中各层权值的计算结果表明养护龄期对于固化土强度影响最大,稻壳灰粒径影响程度最小。研究结果可以为固化土在实际工程的应用提供理论支持。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

土性对工程泥浆固化强度影响规律及微观机理

本文开展了一系列不同液限高分子吸水树脂固化工程泥浆无侧限抗压强度试验, 探讨了泥浆土液限对固化效率的影响规律, 对比研究了掺入高岭土对泥浆固化强度的改进程度, 最后基于XRD和SEM试验揭示了液限和高岭土对固化泥浆强度影响的微观机理。结果表明: 随着泥浆土液限的增大, 固化泥浆土强度逐渐降低, 固化效率随着泥浆土液限增大显著衰减, 当液限增加10%, 固化泥浆土强度qu平均减少48.2%。然而高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的强度, 并且强度增长率随着龄期逐渐增大, 对于龄期为90天时, 增加40%高岭土能够提升固化泥浆土强度qu 1.17倍。微观结构试验表明泥浆土液限变化对水化产物产量的影响较小, 固化泥浆土强度随泥浆土液限减小主要是由于固化泥浆土孔隙随着泥浆土液限增大而增多, 使得微观结构松散从而导致强度降低。高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的水化产物产量, 增强了固化泥浆土胶结强度, 从而提升了固化泥浆土强度。因此, 在实际工程中, 一方面可以通过调配泥浆土液限来提高固化效率; 另一方面可以通过掺入高岭土或者一些高岭土基废弃物(如高岭土尾矿)来提高固化强度, 实现“以废制废”绿色环保的理念。     

Effects of mellowing sulfate-bearing clay soil stabilized with wastepaper sludge ash for road construction

The main objective of this research was to investigate the effect of mellowing on the swelling properties of stabilized Lower Oxford Clay (LOC), a sulfate-bearing clay soil that has caused concern in the past due to expansion upon stabilization. Two stabilizers were used, quicklime and a more sustainable stabilizer — wastepaper sludge ash (WSA), an industrial by-product used on its own and in combination with either quicklime (CaO) or ground granulated blastfurnace slag (GGBS). Quicklime was used on its own as a control. Compacted cylinders of LOC stabilized with the various stabilizers were made either mellowed (compacted 3 days after mixing with stabilizer) or unmellowed (compacted immediately after mixing with stabilizer). The linear expansion of the stabilized cylinders during moist curing and subsequent soaking was monitored for a total of 100 days. The results obtained showed that the linear expansion of unmellowed stabilized LOC was significantly reduced, and thus in terms of swelling potential, mellowing was not beneficial in the LOC system investigated. The results observed also suggest that there are technological, economic as well as environmental advantages of utilizing WSA and similar industrial by-products, in the stabilization of sulfate-bearing and other clay soils, as an alternative to the traditional stabilizers of lime and/or Portland Cement.     

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。     

用固化剂GX08加固杭州海湖相软土的强度特性研究

为了验证固化剂GX08加固杭州海湖相软土的效果及考察有机质对水泥固化的不利影响,对固化土的强度特性进行了试验研究。结果表明,有机质的添加会显著阻碍固化土强度的增长,而固化剂GX08能有效增强固化土的强度;固化土强度与有机质含量存在二次函数关系,与水泥掺量呈线性关系,与固化剂GX08掺量和龄期都以对数函数的形式相关;将总灰水比C/W用于固化土强度模型的建立,通过对试验数据的分析与整理,建立了同时考虑固化土中有机质含量、水泥掺量、固化剂掺量和龄期影响的固化土综合强度预测模型。最后对模型进行了推广使用,验证了模型的适用性。     

Microstructural and mechanical properties of marine clay cemented with industrial waste residue-based binder (IWRB)

Improving the engineering properties of low-strength soft clay in an environmentally friendly way becomes a challenge in coastal areas. Conventional ground treatment techniques for marine clay using cement can cause significant environmental pollution. In this study, the potential use of industrial waste residue-based binder (IWRB), a silicate-based chemical modified by a powdery polymer, as a substitute for Portland cement (PC) is investigated. Collected marine clay was treated with various IWRB-to-PC ratios (0:8, 4:4, 2:6 and 8:0 wt. %) to measure the mechanical properties, through unconfined compression (UC) test and one-dimensional consolidation (ODC) test, and the microstructural and mineralogical characters, through scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry analysis (TGA) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The strength and the deformation of specimens treated with mixed IWRB and PC in a ratio of 1:1 were similar to those improved with PC alone, but the toughness was significantly improved. The microstructural results demonstrated that the cementitious compounds (C–S–H and C–A–S–H) increased significantly in the early curing stage of marine clay treated with IWRB, contributing to the improvement of mechanical properties. It is suggested that IWRB can be an effective substitute for PC to reduce the cost and environmental pollution.

     

Research on the stabilization treatment of clay slope topsoil by organic polymer soil stabilizer

The topsoil of clayey slope is easy to erosion because it is weak in its strength, water stability and erosion resistance. A new organic polymer soil stabilizer, which was developed for the stabilization treatment of clay slope topsoil and was named as STW, was introduced in this study. In order to understand the effect of STW on the stabilization of clayey soil, laboratory tests on the unconfined compressive strength, shear strength, water stability and erosion resistance of untreated and treated soil specimens are performed, The results indicated that STW soil stabilizer can significantly increased the unconfined compression strength, shear strength, water stability and erosion resistance of clayey soil. The unconfined compression strength increased with the increasing of curing time and the variation mainly occurs in the first 24-hour. With the addition amounts of STW increasing, the strength, water stability and erosion resistance increased at the curing time being 48 h, but in the case of friction angle, no major change was observed. Based on the scanning electron microscopy (SEM) analysis of the stabilized soil, the stabilization mechanisms of STW soil stabilizer in the clayey soil were discussed. Finally, a field test of the stabilization treatment of clay slope topsoil with STW was carried out, and the results indicated that the STW soil stabilizer on the stabilization treatment of clay slope topsoil is effective for improving the erosion resistance of slope topsoil, reducing the soil loss and protecting the vegetation growth. Therefore, this technique is worth popularizing for the topsoil protection of clay slope.