硅灰改良钢渣-水泥土强度特性及固化机理

利用钢渣粉替换部分复合硅酸盐水泥从而改良海相软土,可将钢渣变废为宝并解决钢渣堆放所造成的环境污染问题,但钢渣粉活性低、凝结速度慢和早期强度低等缺点造成其在实际工程中应用不广泛。试验采用不同比例的硅灰改良钢渣粉固化海相软土;并与未掺入硅灰的海相软土进行比较。试验结果表明,掺入硅灰的试样无侧限抗压强度(UCS)有明显提高。当硅灰掺量在1.5%~2.5%之间时,强度变化最为灵敏,表明硅灰可有效改良钢渣-水泥软土力学特性。通过X射线衍射(XRD)测试发现不同硅灰掺量下,反应物的物相变化与无侧限抗压强度变化相吻合。通过扫描电镜(SEM)测试和能谱测试,分析了固化土的微结构特点。     

钢渣粉固化淤泥质水泥土强度特性试验研究

采用电子探针、X射线衍射、扫描电镜等研究方法,分析了钢渣粉的化学成分、矿物组成及微观结构,结果表明钢渣粉具有胶凝潜力。把钢渣粉作为淤泥质水泥土的外掺剂,制备钢渣粉淤泥质水泥土试块,通过无侧限抗压强度试验研究钢渣粉掺入比对淤泥质水泥土无侧限抗压强度的影响。试验发现在水泥掺量和龄期相同的条件下,随着钢渣粉掺量的增加,水泥土试块的无侧限抗压强度先增后降,当控制好钢渣粉掺量时,可以有效提高淤泥质水泥土的强度。最后,在结合试验数据的基础上,从理论上分析了水泥和钢渣粉加固淤泥质土的作用机理,为钢渣粉在水泥土中的应用提供了理论依据。     

水泥固化粉质土的无侧限抗压强度预测

对以粉质土为原料的水泥固化土进行了不同水泥掺入比、水灰质量比、龄期的系列试验.水泥掺入比相同时,水灰质量比越大,水泥固化粉质土的无侧限抗压强度越低;水灰质量比相同时,水泥掺入比越大,水泥固化粉质土的无侧限抗压强度越高,同时得出了水泥固化粉质土的无侧限抗压强度与似水灰质量比的倒数呈现线性关系,对于某一原料土,最大似水灰质量比是一个常值.基于似水灰质量比概念研究了水泥固化粉质土的强度预测方法,在28 d龄期下,已知在某一水泥掺入比和水灰质量比的条件下的水泥固化粉质土的无侧限抗压强度值,即可用该方法预测其他龄期、水泥掺入比、水灰质量比条件下的水泥固化粉质土的无侧限抗压强度;水泥固化粉质土最大似水灰质量比尺.与粉质土液限%,的关系不能用已有的经验关系式表示,其变化规律与已有的经验关系式给出的规律相反.     

钢渣-水泥固化Cd污染土的强度特性研究

利用钢渣-水泥胶凝系统固化Cd污染土,通过室内试验,研究不同钢渣-水泥掺量、不同Cd~(2+)浓度以及养护龄期对固化土体的强度及变形的影响。结果表明:1固化土体的无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增长,且在7~28 d之间强度增长迅速;2掺入钢渣-水泥后,固化土体的强度显著增长,并在掺量为30%时强度最大,变形较小;3 Cd~(2+)浓度对固化土体也有影响,当Cd~(2+)浓度为0.2%时,固化后土体的强度较之其他浓度大。     

水泥固化含铅污染土无侧限抗压强度预测方法

针对污染土的水泥固化稳定法修复技术,对水泥固化稳定重金属铅污染土的强度预测方法进行了研究.水泥固化含铅污染土强度由室内无侧限抗压强度试验所得,试验所用污染土通过人工制备而成,考虑了1.0×102,1.0×103,1.0×104,3.0×104mg/kg四种质量比和5%,7.5%,10%三种水泥掺量.结果表明:不同龄期水泥固化含铅污染土的无侧限抗压强度间大致呈线性关系,而2个不同水泥掺入比水泥固化含铅污染土的无侧限抗压强度比值与水泥掺入比呈幂函数关系;通过对不同配合比、不同龄期试样强度的进一步拟合分析,得到了根据某一龄期强度预测另一龄期强度的经验公式和根据某一水泥掺量的强度预测另一水泥掺量强度的经验公式,以上公式同时适用于普通水泥固化土和含铅水泥固化污染土.     

水泥-高钙粉煤灰改良泥炭质土的宏细观试验研究

为探讨水泥与高钙粉煤灰改良云南昆明滇池地区泥炭质土的强度变化及微观结构特征,以滇池泥炭质土和水泥、粉煤灰及高钙粉煤灰掺入后改性土为研究对象,开展了标准固结试验、直剪试验、无侧限抗压强度试验、SEM扫描电镜试验、能谱分析及XRD试验,通过宏观物理力学性质与微观结构特征相互联系、相互对比,得到最佳改良方案.研究结果表明:单掺水泥、粉煤灰及高钙粉煤灰和混合掺入后改性土的压缩模量、粘聚力和无侧限抗压强度都会随掺量(掺入质量分数)的增大而增大.混合掺入对泥炭质土的改良效果比单掺效果好,且当水泥高钙粉煤灰掺量为6%+12%时,改良效果最佳.     

煤矸石粉掺量对花岗岩残积土的抗压性能研究

为了改良路填花岗岩残积土物理力学性能,同时考虑改良的经济效益,通过掺加低配比的煤矸石粉来提高路填土的强度,为工程实际应用提供依据。通过花岗岩残积土掺加9%、12%、15%与18%掺量的煤矸石粉开展路填土无侧限抗压强度试验,分别得到14、21、28、35 d的无侧限抗压强度值,利用最小二乘法分别分析了煤矸石粉掺量与养护龄期对路填土的无侧限抗压强度的影响,结果表明:随着养护天数的增加不同煤矸石粉掺量的花岗岩残积土无侧限抗压强度随着应变的增加先增加后减小,呈应变弱化型。不同掺入量、养护天数条件下花岗岩残积土应力应变之间呈二次多项式关系。在掺量低于12%条件下,煤矸石粉掺入量与抗压强度的关联性不强,掺入量超过12%后,不同掺入量与无侧限抗压强度之间呈二次多项式关系。无侧限抗压强度与养护天数呈二次多项式关系。煤矸石粉掺量与养护天数的无侧限抗压强度呈曲面相关。煤矸石粉改良花岗岩残积土最优掺量为9%,最优养护龄期为28 d。     

水泥改良洗衣粉污染土强度特性试验研究

以益娄高速桃江段黏性土为例,基于水泥改良洗衣粉污染土的室内试验,探讨了水泥改良洗衣粉污染土的CBR(加州承载比)试验和无侧限抗压强度试验,并对水泥改良洗衣粉污染土的强度预测方法进行了研究。结果表明:随着水泥掺量的增加,水泥改良洗衣粉污染土的CBR值先急剧增加后缓慢增加;不同洗衣粉含量的污染土样无侧限抗压强度随着水泥掺量增加均得到提高。通过对不同水泥掺量,不同龄期的试样强度进行数据拟合,得到了水泥改良洗衣粉污染土的无侧限抗压强度预测公式。     

改良云南红粘土强度特性研究

摘要：为了研究纤维、纤维水泥对云南红粘土强度的影响,对改良后的红粘土进行了直剪试验和无侧限抗压试验。试验结果表明,往红粘土掺入纤维、纤维水泥后,其强度有了显著的改善。随着纤维含量增加,改良红粘土的抗剪强度先增加后减小,掺入量0.05%~0.15%时有明显改善;无侧限抗压强度随着纤维掺入量的增加而增强。在水泥掺入量一定时,改良红粘土的无侧限抗压强度随着纤维掺入量和龄期的增加而增加。相对于纤维改良红粘土而言,纤维水泥对云南红粘土无侧限抗压强度改善更为明显。     

基于连云港海相软土的新型土工材料强度试验研究

以连云港港区海相淤泥为原料,发泡聚苯乙烯EPS颗粒为轻质掺料,水泥为主固化材料,粉煤灰、矿渣、砂、石灰、石膏等为辅助固化材料,制备出满足一定强度的新型轻质土工材料.通过一系列的强度试验,分析了各固化剂掺量与固化后的淤泥无侧限抗压强度的影响,探讨了各掺料的固化机理.结果表明,在最佳配合比范围内,该新型土工材料的无侧限抗压强度远大于单一材料的强度值.     

不同水泥掺量下非饱和固化淤泥力学特性试验研究

为明晰非饱和固化淤泥的强度特性,通过不同基质吸力、净围压下的三轴固结排水试验、无侧限抗压强度试验,探讨了水泥掺量、基质吸力和净围压对非饱和固化淤泥强度特性的影响.试验结果表明:固化淤泥的土-水特征曲线在基质吸力小于进气值时饱和度变化并不明显,而基质吸力大于进气值时,随着基质吸力的增大,固化淤泥的饱和度降低,低水泥掺量固化淤泥的土-水特征曲线位于高水泥掺量固化淤泥土-水特征曲线的下方;水泥掺量100 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线表现为应变硬化,剪切时表现为体缩,而水泥掺量200、300 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线均表现为应变软化,水泥掺量越高、净围压越小,应变软化趋势越明显.非饱和固化淤泥的无侧限抗压强度和抗剪强度与水泥掺量和基质吸力有关,水泥掺量越高、基质吸力越大,无侧限抗压强度和抗剪强度越大.不同水泥掺量和基质吸力条件下抗剪强度和无侧限抗压强度之间存在良好的线性关系.     

冻融循环对赤泥-钢渣改性水泥土强度的试验研究

为研究季节性冻土区域冻融循环次数对赤泥-钢渣改性水泥土无侧限抗压强度的影响,进而探究赤泥-钢渣最优掺量配比,将不同掺量的赤泥、钢渣加入水泥土后在不同冻融循环次数条件下进行无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验。研究结果表明:当赤泥掺量为8%(质量分数),钢渣掺量为2%(质量分数)时,水泥土的无侧限抗压强度值最大,受冻融循环作用的影响较小;改性水泥土的无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加逐渐减小,以第1次冻融循环对改性水泥土强度损失的影响最为强烈。此外,结合扫描电镜实验结果显示,加入赤泥和钢渣有助于增长水泥土中AFt晶体和C-S-H凝胶等水化产物的生成,揭示了赤泥和钢渣对水泥土强度的作用机理与水泥土在冻融循环条件下强度的损伤破坏机理。     

不同外加剂改性水泥土强度特性及细观结构分析

以粉煤灰、硅灰、石膏作为外加剂,与杭州典型工程粉质黏土和水泥混合制作改性水泥土,通过室内无侧限抗压强度试验研究了外加剂种类和掺量及养护龄期对改性水泥土强度的影响,并通过扫描电镜试验从微观角度阐释其强度变化规律的成因.研究结果表明：粉煤灰、硅灰、石膏三种外加剂对水泥土强度特性的改善效果从高到低依次为硅灰、石膏、粉煤灰;不同外加剂改性水泥土强度主要增长期均在14 d左右;以掺量为10%的硅灰和掺量为21%的水泥制作的硅灰改性水泥土在28 d养护龄期的强度最优,为8.11 MPa;未掺入外加剂的水泥土在微观上呈针尖状聚合结构,外加剂可通过填充针尖状聚合结构缝隙使水泥土形成稳定且更为致密的空间网状结构来提升水泥土的强度.     

纳米硅粉水泥土抗腐蚀性能研究

水泥土搅拌法处理近海软土时, 水泥土常处于腐蚀性环境中。系统研究掺入纳米硅粉的水泥土的抗腐蚀性能, 为水泥土抗腐蚀性能改良、近海区软土水泥土搅拌法加固提供依据。选取珠江三角洲典型的淤泥质粘土, 按天然含水量配制试验用土,加入掺入比为0%～4%的纳米硅粉配制水泥土试件, 在腐蚀性硫酸盐溶液和纯水中养护到不同龄期, 对其进行无侧限抗压强度对比试验, 得到了水泥土强度与纳米硅粉含量及腐蚀性养护环境关系的变化规律。主要结论是: 两种养护环境下, 纳米硅粉提高水泥土强度的长期效果比短期效果显著, 龄期90 d内纳米硅粉掺入比为2%的水泥土强度最大; 但龄期180 d时水泥土强度随纳米硅粉掺量的增加而增加; 硫酸盐腐蚀环境能加速纳米硅粉和水泥水化产物的二次水化反应, 大幅提高水泥土的强度, 纳米硅粉能显著提高水泥土的抗腐蚀性能; 龄期180 d时, 养护在硫酸盐溶液中纳米硅粉掺入比为2%～4%的水泥土, 强度比掺入比为0%的水泥土强度高(2～3)倍, 也比相同配比养护在纯水中水泥土强度高15%～20%。     

赤泥的掺入对水泥土电阻率与强度性能的影响

通过在水泥固化土中掺入不同量的赤泥来研究赤泥的固化效果和固化过程中土体的微观结构变化,分别测试固化土的电阻率和无侧限抗压强度。通过在水泥土中掺入不同量的赤泥,制备成不同赤泥掺量的固化土试样,测试不同电流频率和养护龄期下的固化土电阻率,分析固化过程中土体的微观结构变化;同时测试了不同养护龄期下固化土无侧限抗压强度,分析赤泥在水泥土中的固化效果;并且找出了最佳的赤泥掺入量,可供从事利用赤泥固化土研究的相关人员借鉴参考。     

硫酸钠激发钢渣粉活性改良水泥土试验研究

钢渣是钢铁冶炼中产生的固体废弃物,其矿物组成以硅酸盐相为主,具有潜在的胶凝性质,利用钢渣和水泥混合改良淤泥质土具有很好的研究意义,不仅可以充分利用现在仍然是废物的钢渣材料,对环境改良做出贡献,同时可以代替部分水泥,节约资源,但钢渣的活性较低导致其早期强度难以发挥。采用Na2SO4作为激发剂,与钢渣粉混合使用以激发其活性,使得早期强度能达到工程要求;进行无侧限抗压强度试验(UCS)及X射线衍射试验(XRD),试验结果表明,在掺加Na2SO4试剂后,钢渣粉－水泥—淤泥土早期强度得到大幅度提升,龄期为7天时,其强度与未掺Na2SO4试剂龄期28天的强度相当,说明Na2SO4的掺入对早期强度有明显的改良作用。通过XRD进行物相检索,结果表明,激发剂的加入促进了钢渣－水泥的水化过程以及Ca(OH)2,CaSO4等水化产物的生成。     

钢渣-水泥稳定碎石性能及环境影响试验

针对钢渣在半刚性基层中的应用,确定钢渣在水泥稳定碎石中的最佳替代量,并对其力学性能、体积稳定性以及环境影响进行评价。采用扫描电镜(SEM)对钢渣表面的微观结构进行检测,X射线荧光法对其化学元素进行测试,火焰原子吸收分光光度计法(FAAS)对其金属成分进行测定;在不同水泥含量(质量分数,3%、4%、5%、6%)的水泥稳定碎石中掺入不同掺量钢渣(体积分数,0%、30%、50%、75%),开展了无侧限抗压强度、无侧限压缩模量、抗折强度、体积稳定性试验,并对不同水泥含量、颗粒粒径和盐度环境下的重金属析出进行了研究。结果表明:钢渣颗粒具有较好的工程力学性能,能一定程度上改善钢渣水泥稳定碎石的强度、刚度和干缩性能;当钢渣掺量为50%时,整体力学性能最佳;通过醋酸处理或加入硅灰可有效防止钢渣的体积膨胀,但硅灰含量不宜超过4.5%;当水泥含量较少、钢渣粒径较小或周围盐度较高时,钢渣中的重金属析出风险更大,建议采用大颗粒钢渣(粒径4.75 mm)和较高的水泥含量,以降低环境污染风险;在沿海地区,钢渣可能暴露在盐水环境中,应多加关注。通过在生产和应用过程中采取适当的控制措施,钢渣可以作为一种有效的替代骨料,在水泥稳定基层中具有良好的应用前景。     

基于分形理论的海相固化土强度劣化分析

为了对海相固化土的劣化机理进行更深入的研究，采用Python+OpenCV图像处理软件对不同固化类型、不同侵蚀时间的海相固化土扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM) 像进行处理和数据提取，在考虑图片亮度差异影响的基础上，引入分形理论定量分析固化土微观颗粒的变化规律，同时结合无侧限抗压强度试验结果，建立了海相固化土微观颗粒结构变化与宏观力学性能之间的关系。研究结果表明:(1)不同SEM图像由于亮度的差异会对研究结果产生影响，在进行二值化处理时可通过控制其整体像素量的方法减小误差；(2)受海水侵蚀的固化土其微观颗粒变化规律具有分形特点，对于水泥固化土(CS)和掺激发剂的钢渣粉+水泥固化土(A-SSP-CS)随着侵蚀时间的延长，其微观颗粒分形维数逐渐降低，而对于钢渣粉+水泥固化土(SSP-CS)其微观颗粒分形维数则随着侵蚀时间的延长而逐渐增大；(3)对于CS和A-SSP-CS其无侧限抗压强度(unconfined compression strength，UCS)会随着海水侵蚀时间的延长而逐渐降低，其微观颗粒分形维数也在逐渐降低，对于SSP-CS其UCS会随着海水侵蚀时间的延长而逐渐增强，其颗粒分形维数也逐渐增大。     

水泥砂浆固化土抗压强度特性试验

为论证水泥砂浆固化土工程应用的可行性,通过设置不同掺砂量、含水率、砂料粒径和养护龄期条件,对水泥砂浆固化土进行无侧限抗压强度试验.试验结果表明:(a)掺砂可提高水泥砂浆固化土的抗压强度,尤其是早期强度.一定水泥掺入比条件下,当掺砂量处于最优掺砂率(10％左右)时水泥砂浆固化土的强度特性改善幅度最大,掺砂量超过最优掺砂率后水泥砂浆固化土的抗压强度无显著提高.(b)水泥砂浆固化土的抗压强度随原料土含水率的增加而减小,当原料土的含水率较低或养护龄期较短时,水泥砂浆固化土的抗压强度下降幅度均较大,当含水率较高时水泥土掺砂难以达到预期的固化效果.(c)砂料粒径变化对水泥砂浆固化土的抗压强度影响较小,水泥砂浆固化土强度随着粒径的增大略有提高;砂料粒径变化对水泥砂浆固化土变形系数的影响较大,两者近似成正比关系,在实际工程中无需对砂料进行筛分而直接运用即可获得较好的处理效果.(d)水泥砂浆固化土无侧限抗压强度试验的破坏模式多为脆性张裂破坏和塑性剪切破坏.随着养护龄期的延长以及掺砂量的增加,脆性张裂破坏更为显著.     

冻融循环作用下纤维增强水泥改性黄土特性

为了探究聚丙烯纤维和水泥共同改良黄土性能,通过无侧限抗压试验以及冻融循环试验,分析水泥掺量,聚丙烯纤维掺量与长度以及冻融循环次数对改性黄土无侧限抗压强度的影响.研究结果表明:改性黄土的无侧限抗压强度随着水泥掺量增多而提高,加入纤维则进一步提高其抗压强度.纤维的掺量和长度的增大会使改性黄土的无侧限抗压强度先提高后降低,聚丙烯纤维的最佳掺量为0.4%,最优长度为9 mm.水泥改性黄土经历15次冻融循环后,纤维增强水泥改性黄土经历10次冻融循环后强度损伤趋于平缓,变化幅度在3%左右.采用Lasso回归模型计算水泥-聚丙烯纤维改性黄土无侧限抗压强度回归预测模型,预测模型与试验结果吻合较好.