工业及建筑废弃物固化盐渍土的力学性能和路用性能影响

为探讨各试验因素及固化剂种类对固化盐渍土的力学性能和路用性能影响,采用单掺与双掺水泥窑粉尘、废弃混凝土再生微粉等工业及建筑废弃物作为固化方案,以初始含水率、养护龄期、固化剂掺量为试验因素,通过无侧限抗压试验研究固化盐渍土力学性能,并进行干湿与冻融耐久性试验、承载比试验,以评估固化盐渍土路用性能,采用扫描电镜试验对固化盐渍土进行微观结构分析,揭露其固化机理。结果表明：初始含水率、养护龄期、固化剂掺量、固化剂种类是影响固化盐渍土的力学性能和路用性能主要因素;养护28 d,初始含水率为9.9%、单掺30%废弃混凝土再生微粉固化盐渍土的力学性能与路用性能最佳,抗压强度达到3 227.40 KPa,干湿、冻融循环后残余强度分别达到2 924.60 KPa、2 243.49 KPa;从微观分析可知,废弃混凝土再生微粉固化盐渍土的土体结构变得密实且稳定。可见,初始含水率为9.9%、单掺30%废弃混凝土再生微粉固化盐渍土用作于盐渍土地区公路路基与路面基层的建设,具有一定的工程意义与经济价值。     

盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应及其微观结构特征

为了研究含盐量变化对盐渍土物理力学参数及微观结构特征的影响，文中以青海东部地区发育的硫酸盐渍土为试验材料，采用去盐试验、扫描电镜和孔隙分形等方法，研究土体物理力学参数对含盐量变化的响应及微观结构的影响，并建立了盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应模型。结果表明：当土样含盐量在0.5%～4.0%时，随着硫酸盐含量的增加，盐渍土呈现最大干密度减小、最优含水率增大的响应特征，盐渍土的黏聚力和内摩擦角等主要力学参数均呈现减小的响应特征。硫酸盐含量的变化主要影响土体微观结构的分形维数(D_f),改变了土中片状孔隙和针状(柱状)孔隙的比例。当硫酸盐含量较高时，土体的孔隙结构复杂，片状孔隙占比高，不易压密；反之，土体孔隙结构简单，容易压密。研究结果可为进一步探讨含盐量变化对盐渍土物理力学参数的影响机制及地基处理提供数据参考。     

极旱荒漠区超氯盐渍土固化的试验研究

极旱荒漠区分布有大量盐渍土,对交通干线的建设造成极大危害.以超氯盐渍土作为研究对象,水玻璃作为固化剂,分别对其强度、吸湿性以及耐候性进行了分析.结果表明:水玻璃的浓度越高,固化超氯盐渍土的显微结构越为紧密,相应的其抗压、抗折强度逐渐升高.当浓度为16%水玻璃溶液在盐渍土中的掺量是18%时,固化试块的抗压强度就可在1 MPa以上.然而,由于Si-O-Al键遇水断裂,导致其防水性能较差,吸湿后抗压、抗折强度有所降低,但干燥失水后,强度又可恢复.自然环境放置30 d后,固化超氯盐渍土的质量虽有损失,但其抗压、抗折强度增加明显,耐候性能优异.     

水泥石粉胶结盐渍土的抗剪强度试验研究

为了研究水泥和石粉胶结盐渍土的可行性,采用平罗县的盐渍土,分别掺入水泥和石粉进行盐渍土固化,其中水泥掺量分别为1. 5%、3%、4. 5%、6%,石粉掺量分别为2%、4%、6%、8%。设计了21组试验,利用三轴仪进行了7 d、28 d龄期盐渍土的抗剪强度指标测定。试验结果表明:石粉单掺入盐渍土中,其仅能依靠物理填充作用提高盐渍土的黏聚力,而内摩擦角降低显著。石粉与水泥复配加固盐渍土,水泥中的氢氧化钠可以有效诱发石粉的活性,从而大幅提高盐渍土的抗剪强度。采用石粉和水泥复配固化盐渍土达到4. 5%、6%单掺水泥的盐渍土的抗剪强度时,水泥可以分别节约33. 3%和25%。     

微生物注浆固化粉土的微观结构与作用机理

【目的】确定微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术注浆固化吹填粉土的强度效果,明确其微观控制因素与固土作用机理,为微生物固土技术应用于处理吹填粉土提供理论参考。【方法】通过不同注浆轮次微生物注浆固化吹填粉土,采用无侧限抗压试验、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞分析以及化学分析等方法,比较微生物注浆固化处理吹填粉土的强度、矿物成分、胶结CaCO₃含量、土体微观形貌和土体孔径分布等差异。【结果】 对吹填粉土先后恒压注入A₆₀₀=1.2的巴氏芽孢杆菌和0.1 mol/L的CaCl₂与尿素胶结溶液1～6轮后,其无侧限抗压强度较未处理土分别提高26.8%、33.0%、36.4%、39.6%、59.8%、61.8%,强度随注浆轮次的增加而增加; 微生物固化吹填粉土中的主要胶结物为方解石型CaCO₃,其在土体内部起到胶结土颗粒与填充孔隙两方面作用,微生物注浆固化粉土强度随CaCO₃含量增加而增加并存在敏感阈值,当固化粉土中的CaCO₃含量超过阈值时,固化效果会显著提升,不同粉土的阈值存在差异; 微生物注浆加固改变了吹填粉土的孔隙分布,直径10～300 μm的孔隙显著减少,对10 μm以下细小孔隙影响不大。【结论】采用微生物注浆方式固化吹填粉土是有效的。微生物注浆固化粉土的强度形成受其微观胶结结构与CaCO₃含量影响,吹填粉土的孔隙尺寸能够与巴氏芽孢杆菌的菌体尺寸相容,微生物注浆会显著减少吹填粉土中10 μm以上的孔隙。     

冻融作用下固化盐渍土的强度劣化及微观机理研究

为探讨固化硫酸盐渍土在冻融循环作用下的强度劣化机理,采用室内正交试验,考虑冻融循环周期、固化剂掺量、含盐量等影响因素,借助三轴试验、XRD衍射试验及电镜扫描试验。对粉煤灰、氯化钙固化硫酸盐渍土在不同冻融循环周期作用下的强度劣化指标及微观结构演化规律进行了研究。结果表明：(1)冻融循环作用对固化硫酸盐渍土强度劣化影响较大,且对黏聚力影响相较内摩擦角更显著。(2)衍射分析表明固化效果越好,固化剂反应物的低矮峰越多,同时电镜扫描分析也表明土体结构越紧密,强度更优。(3)在处理盐渍土地基时,从抑制盐胀及提高土体耐久性效果来看,单掺氯化钙优于单掺粉煤灰,且复掺优于单掺。不同含盐量的最佳配合比：含盐量为2%时,10%粉煤灰+4%氯化钙;含盐量为5%时,10%粉煤灰+6%氯化钙;含盐量为8%时,15%的粉煤灰+6%的氯化钙。固化后土体的强度指标劣化程度较低。本文从微观角度出发对冻融循环下硫酸盐渍土的强度劣化进行研究,旨在为长期冻融的硫酸盐渍土提出理论依据,以减少不必要的经济损失。     

干湿交替环境中黄土裂隙扩展多尺度研究

为探究在干湿环境中西安特殊黄土裂隙发展规律，对试样进行不同含水质量分数条件下的干湿循环试验，而后开展固结压缩试验，并结合CT扫描技术和核磁共振技术，观察西安特殊黄土的固结性质及其孔隙结构变化规律。研究结果表明：土体压缩性随含水质量分数的增加呈增长趋势，压缩系数增加，压缩模量减小。黄土压缩性受干湿环境影响较大，随着循环次数的增加压缩性明显增强。通过观察黄土表面裂缝可以发现，含水质量分数和循环次数对裂缝的扩展都起到积极作用。应用CT扫描技术对干湿环境下的黄土试样进行实时监测，发现循环次数越多，孔隙发育越快，最终导致土体结构发生破坏。通过核磁共振技术发现干湿循环对黄土内部孔隙裂隙扩展起到促进作用，小孔隙相对减少，中孔隙和大孔隙相对增多。通过宏-微-细观多尺度方向对黄土的干湿损伤机理进行分析，为季风性气候地区黄土裂隙发展的认知提供参考。     

滨海地区SH胶固化盐渍土改性试验

滨海地区盐渍土作为路堤填料存在很多隐患.本文通过对石灰固化盐渍土和SH胶+石灰固化盐渍土的强度试验、水稳性、抗冻性及剪切试验对比分析,对SH胶+石灰固化盐渍土的配比及改良效果进行了试验分析,提出了SH胶+石灰固化盐渍土作为路堤填料的适宜性.     

微生物诱导碳酸盐沉积技术固化红棕色玄武岩残积土的试验研究

在微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)理论基础上,以贵州省毕威高速公路的红棕色玄武岩残积土为研究对象,用巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)和营养盐(尿素和醋酸钙的混合物)对其进行环保固化处理。通过直剪和固结试验探究微生物固化对玄武岩残积土宏观力学性能的影响;并用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析,以及显气孔率分析等检测方法揭示其微细观机理。试验结果表明,玄武岩残积土经微生物固化后,抗剪强度大幅提升,黏聚力c平均提升了193.3%,内摩擦角φ平均提升了12.3%;其压缩性能也得到大幅改善,压缩系数a_(v1-2)平均降低了40.1%,压缩模量E_(s1-2)平均提升了41.45%。由X射线衍射分析得知,微生物固化生成了大量的碳酸钙;扫描电镜、能谱分析和显气孔率检测结果显示,微生物固化生成的碳酸钙均匀地填充了土体内部孔隙并将土颗粒胶结在一起,改善了土体的力学性能。     

MICP技术固化红棕色玄武岩残积土的试验研究

在MICP(微生物诱导碳酸盐沉积)理论基础上,以贵州省毕威高速公路的红棕色玄武岩残积土为研究对象,用巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)和营养盐(尿素和醋酸钙的混合物)对其进行环保固化处理。通过直剪和固结试验探究微生物固化对玄武岩残积土宏观力学性能的影响,并用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析以及显气孔率分析等检测方法揭示其微细观机理。试验结果表明,玄武岩残积土经微生物固化后抗剪强度大幅提升,粘聚力c平均提升了193.3%,内摩擦角φ平均提升了12.3%;其压缩性能也得到大幅改善,压缩系数a_v1-2平均降低了40.1%,压缩模量E_s1-2平均提升了41.45%;X射线衍射分析得知微生物固化生成了大量的碳酸钙;扫描电镜、能谱分析和显气孔率检测结果显示,微生物固化生成的碳酸钙均匀地填充了土体内部孔隙并将土颗粒胶结在一起,改善了土体的力学性能。     

电渗-氯化钙对硫酸钠盐渍土变形的影响

过多的水盐含量是季冻区盐渍土产生变形的根本原因,而电渗可以通过驱动盐离子加速土体的排水固结,同时也会导致阴极土体含水率过大,进而产生严重冻胀变形。本文采用自制装置进行电渗联合氯化钙的室内试验,研究不同氯化钙含量（质量分数为0、5%、10%、15%的氯化钙溶液）对硫酸钠盐渍土变形的影响,结果表明：电渗联合氯化钙可以增大硫酸钠盐渍土的电导率,进而加速土中水的排出,相较于仅电渗处理,土体最终电渗排水量增加35%以上;硫酸钠盐渍土中过量的Na+和SO42-在电场力的驱动下分别向阴阳两极迁移,大部分随电渗水流排出,从而降低土体中含盐量,减小低温下土体冻胀盐胀变形;在电场力作用下,Ca2+迁移到阴极并与水解产生的OH-结合形成Ca(OH)2胶结物,大大增强土颗粒间的粘结力,而多余的Ca2+与可溶性硅酸盐发生反应形成水合硅酸钙（C-S-H）,并沉积在土颗粒表面,增加土颗粒间的摩擦力,有效降低阴极土体的冻胀变形;经电渗-氯化钙处理后的硫酸钠盐渍土,微观结构更加密实,抵抗冻胀盐胀变形能力显著增强,其中以质量分数10%的氯化钙溶液的加固效果为最佳,相较于仅作电渗处理土体,最终排水量提高了近70%,阴极土体...     

不同含盐量饱和盐渍土电阻率试验

为了研究饱和盐渍土电阻率特性从而应用电阻率反算土体含盐量,通过拟合公式,可以在已知或测量电阻率的情况下反算该土体的含盐量。判断土体主要含盐的种类,并且对不同含盐量氯盐渍土和硫酸盐渍土的电阻率进行了试验;通过数据拟合,得到饱和状态下氯盐和硫酸盐电阻率与含盐量变化的拟合公式,并对其电阻率进行比较,得出结论:在饱和状态下,在相同含盐量时氯盐渍土的电阻率大于硫酸盐渍土,氯盐渍土的电流变化率也大于硫酸盐渍土。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩微观结构及持水特性研究

为研究预崩解炭质泥岩持水特性在长期大气环境影响下的演变规律,通过扫描电镜和压汞试验研究干湿循环作用下预崩解炭质泥岩的微观结构及孔隙分布特征,并开展预崩解炭质泥岩土水特征曲线试验和渗透试验。基于Van Genuchten模型建立考虑干湿循环作用的预崩解炭质泥岩土水特征曲线修正模型,并预测预崩解炭质泥岩非饱和渗透系数。研究结果表明：干湿循环可促进预崩解炭质泥岩继续崩解,导致大孔隙体积及孔隙率增加,土体结构变得松散,但在干湿循环作用6次后孔隙率趋于稳定;干湿循环对预崩解炭质泥岩的持水特性影响显著,土水特征曲线随干湿循环次数增加整体向左偏移,土体进气值减小;在高基质吸力阶段,不同干湿循环作用下Van Genuchten修正模型预测得到的预崩解炭质泥岩的土体非饱和渗透系数曲线基本重合,说明干湿循环作用对其渗透性影响较小。     

基于C-C型固化剂的吹填超软土渗透固结特性研究

在吹填超软土中加入不同掺量的C-C型固化剂进行压缩固结试验和真空固结试验,对固结前后土体的渗透固结特性和基于有效孔隙比与孔隙抗压性能的增渗机制进行研究,探究既能提高渗透性,又能保持较高强度的合理掺量.发现半固化超软土的固结特性与软黏土基本一致,固结系数随固结压力的增大而增大,渗透系数随荷载的增大而减小;相同荷载作用下,固结系数和渗透系数均随掺量的增加而增大.加入少量固化剂后,压汞试验显示孔径分布曲线峰值明显左移,孔径集中分布区间向小孔隙区间移动,土样有效孔隙比随掺量变化存在最大值,土体骨架的存在使得孔隙抗压缩性能不断增加,保留了具有较高强度结构的排水通道,这种压缩性较低的多孔骨架结构对渗透性的提高有着显著作用.固化过程中,固化剂掺量越多,形成土骨架的作用越明显,土体强度和抗压缩能力就越高,其中掺量为10%的土样无侧限抗压强度高达360.1kPa,远高于直接固化强度.研究表明,固化剂掺量在1%～10%时,主要发挥的是增渗作用,是药剂真空预压处理超软土的理想添加范围;而大于10%后以固化作用为主.     

矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥稳定粉土的强度及固化机理

采用矿渣、钢渣、脱硫石膏和普通硅酸盐水泥联合制备固化剂,对黄河冲积粉土进行改良固化,在提高工业废渣资源化利用的同时,以期解决黄河冲积粉土强度低、水稳性差等路基工程应用难题。首先,基于无侧限抗压强度试验、水稳性试验和干湿循环强度试验探究固化剂掺量和养护龄期对固化粉土强度的影响规律,确定固化剂的最优掺量;其次,针对最优固化剂掺量的固化粉土,开展不同龄期固化粉土的渗透性试验,同时结合核磁共振测试、矿物成分分析以及电镜扫描,揭示固化粉土的矿物成分及微观结构的演化规律。研究结果表明：矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥固化粉土的最优掺量为干燥粉土质量的10%;固化粉土的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石晶体(AFt);水化产物的粒间胶结和填充作用使土颗粒间形成致密结构,增强了固化粉土的力学强度、水稳性和抗渗性能。     

使用氯化钙溶液加固淤泥质黏土的电渗试验研究

采用自制电渗试验装置,针对武汉市淤泥质黏土进行电渗试验,探讨阳极处添加质量分数分别为0、5%、10%、15%氯化钙溶液对电渗加固效果的影响.通过监测电渗过程中各试验组电流和排水量随时间的变化,测定电渗前后土体的含水率、抗剪强度、孔隙比和微观结构变化,综合评价不同条件下土体的电渗固结效果.试验结果表明:在阳极添加氯化钙溶液可以缩短电渗固结时间,显著提高电渗法加固淤泥质黏土的效果,使土体微观结构变得更加致密,增强土体的抗剪强度;通过添加氯化钙溶液,阴极附近土体抗剪强度最大提高368.6%;氯化钙溶液浓度对电渗加固效果影响存在一个限值,本次试验为10%左右,超出该限值后,浓度的影响很小;氯化钙溶液的加入会加重电极腐蚀.     

冻融循环条件下黄土状盐渍土在不同应力路径下的力学特性研究

为了研究冻融循环次数、应力路径对黄土状盐渍土的力学特性与微观结构的影响，本文利用SLB-1型应力-应变控制式三轴仪对青海海东季节性冻土地区黄土状盐渍土进行固结不排水条件下的常规三轴、等压三轴、减压三轴应力路径试验，并对试验前后的土样进行电镜扫描。结果表明：应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土的力学特性产生了明显影响，3种应力路径的抗剪强度峰值均随着冻融循环次数的增加而降低，应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土抗剪强度指标中的黏聚力(c)的影响较大，对内摩擦角(φ)的影响不太明显。从微观层面分析，卸荷应力路径下，颗粒破碎程度较高，土体结构疏松，粒间孔隙较大，胶结能力较弱。综上，冻融循环作用与卸荷应力路径对土体内部结构产生了不可恢复的破坏。     

掺加硅灰和石灰条件下的超盐渍土抗剪特征研究

为了揭示石灰和硅灰胶结超盐渍土的抗剪强度规律,对采自宁夏平罗县姚伏镇的超盐渍土分别掺入硅灰和石灰进行超盐渍土固化,其中,硅灰掺量分别为1%、3%、5%,石灰掺量分别为硅灰掺量的20%、40%、60%。并利用三轴仪对7、28 d龄期固化的超盐渍土进行抗剪强度指标测定。试验结果表明:7 d龄期,1%硅灰掺量的固化超盐渍土的摩擦角随石灰掺量的增加呈现先增加后减小的变化趋势,28d龄期,1%硅灰掺量的超盐渍土的摩擦角随石灰掺量的增加而减小;7、28 d龄期,3%、5%硅灰掺量的固化超盐渍土的摩擦角和黏聚力随着石灰掺量的增加而增加。鉴于超盐渍土的抗剪强度由摩擦角和黏聚力共同决定,而随硅灰和石灰掺量的增加,固化超盐渍土的摩擦角和黏聚力的变化趋势不一致,为了易于确定固化超盐渍土中硅灰和石灰土最佳掺量,文中给出了抗剪强度临界深度的判断公式,可依据判别公式来确定硅灰和石灰的最佳掺量。     

石灰固化镉污染高岭土干湿循环特征的试验研究

基于不同干湿循环下的直剪、低温氮吸附试验及试样照片,研究了石灰固化镉污染高岭土的干湿循环特征。测试结果表明:1干湿循环对剪切强度影响显著。固化剂掺量为0%,5%,10%,15%,20%时,经过20次干湿循环其最大剪切强度分别降低44%,64.48%,86.06%,90.06%及95.42%;凝聚力分别降低62.2%,75.95%,93.95%,95.99%及98.85%;2试样孔隙分布特征曲线有明显的两个峰值,说明试样在两个孔隙宽度范围内集中;3当固化剂含量为0%,5%时,随着干湿循环次数的增加,裂隙发育明显并具有一定的"愈合"能力。当固化剂含量为10%,15%及20%时,土体呈整体性破坏,"脆性"现象明显。     

基于冻融作用的固化硫酸盐渍土-混凝土界面力学行为

冻融作用下固化盐渍土强度发生劣化并影响土体与结构的相互作用。鉴于此,开展了不同固化剂对硫酸盐渍土力学特性的影响研究并得知石灰+硅灰双掺改良效果显著;在此基础上,探索了石灰-硅灰双掺固化剂、含盐量、冻融次数等因素对非饱和固化硫酸盐渍土-混凝土接触面力学性能的影响。结果表明,石灰-硅灰固化硫酸盐渍土与混凝土界面内摩擦角随着冻融循环次数的增加先增大后减小再增大,黏聚力随着冻融次数的增加先增加后逐渐减小,接触面抗剪强度随着冻融次数的增加逐渐减小并趋于稳定;在相同的冻融次数下,接触面的内摩擦角及黏聚力均随着含盐量的增大先增大后减小,两者含盐量阈值分别为3%和2%。在本试验范围内,5%石灰+10%硅灰对含盐量为2%～3%的硫酸盐渍土改良效果较好;冻融前后,固化盐渍土-混凝土接触面剪应力-剪切位移曲线分为4个阶段：弹性变形阶段、强化阶段、软化阶段及流动阶段。