水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透特性试验研究

水泥稳定粉砂土抗渗性能受粉砂土自身渗透性能、水泥用量、水灰比等因素影响显著,如何在提升其抗渗性能的同时降低水泥用量是提升工程经济效益的关键。通过开展不同水泥偏高岭土掺比、初始用水量、水泥偏高岭土总掺量以及养护龄期条件下的室内渗透试验,研究了上述因素对水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能的影响规律,探讨了上述因素及无侧限抗压强度与渗透系数之间的经验关系。结果表明：水泥与偏高岭土掺比为5:1时,水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能最佳,且该掺比不随水泥偏高岭土总掺量的改变而变化;水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数随初始用水量增加呈非线性递增,随水泥偏高岭土总掺量增加和养护龄期发展呈先快后慢降低;基于试验结果归纳提出了4个关于初始用水量、水泥偏高岭土总掺量、养护龄期和无侧限抗压强度的水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数经验模型。研究成果可为水泥稳定粉砂土抗渗性能提升提供理论参考与借鉴。     

水泥复合偏高岭土稳定粉砂土力学特性试验研究

使用低成本高硅铝矿物掺合料可在提升水泥土工程性能的同时降低水泥用量。通过开展系列抗压强度试验研究了水泥偏高岭土掺比、水/水泥偏高岭土比、凝胶总掺量和养护龄期对水泥复合偏高岭土稳定粉砂土抗压强度的影响规律,归纳了水泥复合偏高岭土稳定粉砂土的强度经验公式。结果表明：将水泥和偏高岭土按质量比5:1混合用于粉砂土稳定时可获得最佳强度提升,节约1/6水泥消耗,且该掺比关系不因凝胶总掺量变化而改变;水泥复合偏高岭土稳定粉砂土抗压强度随水/水泥偏高岭土比增加近似线性降低,随凝胶总掺量增加线性提升,随龄期发展而提高,其28天强度增加趋势仍未趋缓;总结归纳了四个关于强度影响因素的经验预测公式。该研究成果可为水泥偏高岭土用于复合稳定工程软弱土提供理论参考。     

偏高岭土协同石灰钝化红黏土水敏性的机制

红黏土水敏性强,添加石灰等碱性材料处治后,能获得即刻的改良效果,但由于红黏土呈弱酸性,石灰改良后其长期性能会衰减。为提高石灰稳定红黏土（简称La+L）的长期性能,添加偏高岭土（4%）协同石灰（5%）稳定红黏土（简称La+L+MK）,改善其水敏性和酸?碱互损作用。制备8种初始含水率的压实试样（初始孔隙比相同）,养护到预定时间后开展无侧限抗压强度试验,同时,测定试样的钙离子浓度、电导率和pH值。结果表明：初始含水率为26%左右时,改良土的无侧限抗压强度最高,初始含水率偏高或偏低都不利于改良土的强度增长。究其原因,试样偏干时,缺少水分,石灰水化不充分,不能形成游离态钙离子,无法进行火山灰反应,颗粒之间无法形成胶结;试样偏湿时,火山灰反应形成的胶结强度不及过量水分引起的基质吸力丧失量。试样的钙离子浓度和电导率变化规律,证实了以上原因解释的猜想。当然,添加偏高岭土后,能够显著改善偏湿状态下的石灰土强度。即使浸水饱和后,相对石灰改良土,也能够保持较高的强度,充分证明偏高岭土能够有效降低石灰土水敏性,提高其耐久性。偏高岭土直接提供了大量硅、铝氧化物,且将土体pH值降到有利于硅、铝氧化物溶解的碱性范围,加速火山灰反应,缓减或抑制石灰?红黏土的互损作用。     

石灰-红黏土互损行为与偏高岭土减损机制

红黏土成团现象突出,导致石灰处治红黏土时难以拌和均匀;同时,红黏土呈弱酸性,石灰与黏土会发生互损作用,最终影响处治效果。首先,从水分子与黏土矿物的电荷分布特征角度,解释了红黏土呈弱酸性的原因;然后,通过酸、碱溶液浸泡石灰处治红黏土,模拟石灰-红黏土的互损行为;最后,提出应用偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损的方法。为此,选择两种团粒尺寸的红黏土,掺入不同比例的偏高岭土和石灰,并评价其无侧限抗压强度。结果表明,与仅用石灰处治的红黏土相比,掺入偏高岭土过多或过少都不利于其强度提高,掺量为5%效果最佳,验证了偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损行为的可行性。偏高岭土与石灰快速反应,不仅生成了以离子键结合的硅、铝酸胶结物,还生成了以共价键结合的网状胶结物,而且后者具有明显的抗酸侵蚀能力,从而解释了偏高岭土能够减少石灰-红黏土互损的内在原因。     

Strength characteristics of cemented sand–bentonite mixtures with fiber and metakaolin additions

Compacted sand–bentonite mixtures have been used as a good alternative hydraulic barrier material to compacted clays. This study presents the results of a laboratory investigation on the strength characteristics of cement-stabilized sand–bentonite (CSB) mixtures and the effects of adding small amounts of fibers and metakaolin to the mixture material for strength improvement. The strength characteristics of the mixture materials were examined using unconfined compressive strength (UCS) tests and splitting tensile strength (STS) tests, with emphasis on evaluating the effects of different proportions of bentonite, fibers, and metakaolin within the CSB mixtures with a constant value of cement content. The test results indicated that the maximum improvements in UCS and STS were all attained in the CSB mixture with 10% bentonite content, and the inclusion of fibers and metakaolin of 1% each within the same CSB mixture led to an increase in UCS of about 40 and 70%, respectively. The addition of fibers also increased the ductility of the mixture material and was more effective for the improvement of tensile strength compared to that of metakaolin. The contribution of metakaolin to early-age strength (i.e., 3 and 7 days) of CSB mixture was found to be small due to the relatively low cement content in the mixture.     

金矿尾砂矿物聚合材料的制备及其影响因素

通过利用金矿尾砂制备矿物聚合材料，系统地讨论了不同条件下材料抗压强度变化趋势。所用原料配比为80％金矿尾砂、20％变高岭石、固／液质量比为4．7及水/碱质量比为5，采用半干压法成型，在某一温度下固化一定时间，测定材料的力学强度。实验结果为固化温度从60℃升高到80℃、成型压力从8MPa、16MPa加大到24MPa及固化时间从24h延长到72h都会使材料的抗压强度提高；室温放置时间3、7、14、28d，抗压强度呈增高趋势；外加碱激发剂KOH比Na0H所形成的材料抗压强度高，当碱(Na20或Na20 K20)／SiO2摩尔比为1时，材料的强度达到最大值；钾长石含量较多的骨料比石英骨料及含钾长石较少的骨料材料抗压强度高。实验结果表明，温度升高、成型压力加大和固化时间延长均促进了聚合反应的发生。材料在室温下由于不断从空气中获得水分而使聚合反应不断发生。碱激发剂中K^ 比Na^ 更易使聚合作用进行。含料中高度聚合的钾可被释放出来参与聚合反应。骨料在矿物聚合反应过程中主要以惰性填充方式存在，但仍然参与了聚合反应。     

偏高岭土增强石灰-水泥固化淤泥的耐久性研究

淤泥富含有机质,分解后产生腐殖酸,进而影响淤泥固化效果。仅掺入12%水泥固化淤泥,当标准养护期超过60 d,其强度不增反减。联合掺入3%石灰和12%水泥,固化淤泥的pH值持续180 d处于10.5以上;无侧限抗压强度由750 kPa(养护期28 d)提升到1 500 kPa(120 d),说明借助石灰营造强碱性环境,可以提高水泥固化淤泥的强度;但养护到180 d后,其强度又降到1250k Pa;钙离子浓度变化规律表明,这是由于腐殖酸溶蚀水泥和石灰的水化胶结物所致。借助偏高岭土卓越的火山灰反应能力,掺入3.0%偏高岭土,提升石灰(3%)-水泥(12%)固化淤泥的耐久性,发现180 d养护期内,其强度始终处于增长趋势,究其原因是偏高岭土富含无定形硅、铝氧化物,具有快速捕获氢氧化钙溶液中钙离子的能力,形成稳定的胶结物,而且不易受腐殖酸的侵蚀作用,证明偏高岭土能够有效提升石灰-水泥固化淤泥长期强度。