碱激发粉煤灰和矿粉改性疏浚淤泥力学特性及显微结构研究

采用水玻璃作为碱激发剂激发粉煤灰和矿粉的活性来固化疏浚淤泥,对固化淤泥进行无侧限抗压强度试验、扫描电镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)测试,研究了固化材料配比、龄期、水玻璃掺量及水玻璃模数对固化疏浚淤泥强度的影响,确定了各组分之间的最佳配比,观测了固化淤泥的物相组成及显微结构特征.力学试验结果表明:水玻璃掺量7%、模数1.0~1.5时对粉煤灰和矿粉的激发效果最优,相比于粉煤灰,水玻璃对矿粉的激发效果更佳;水玻璃模数相同的情况下,矿粉掺量越大强度越高;各组分最优配比(疏浚淤泥、矿粉、水玻璃质量比为60∶40∶7)时,28d无侧限抗压强度可达到12 140kPa.SEM和XRD试验结果显示:在水玻璃的激发下,固化淤泥水化生成长石类和沸石类等晶相,这些晶相连接紧密,形成致密的微观结构,这是固化后疏浚淤泥强度的最重要来源.     

偏高岭土基地聚物改良土最优配比及固化效果分析

地聚物是一种具有快硬、高强、低收缩等特点的新型绿色胶凝材料,可以用于固化软弱土体。通过对偏高岭土基地聚物改良土开展不同配比下的强度特性试验及扫描电镜试验,探讨了地聚物改良土的最佳配比,分析了地聚物材料组分对改良土力学特性及固化效果的影响。结果表明：地聚物改良土抗压强度随偏高岭土和碱激发剂掺量的增加呈现先增后减趋势,偏高岭土和碱激发剂掺量最优配比为2∶1,且二者在土中的最经济掺入比为12%;相同掺比下的地聚物改良土强度优于普通硅酸盐水泥土和纯黏土,团聚固化效应依次减弱;随着地聚物掺量增加,其破坏模式由塑性剪切破坏向脆性劈裂破坏发展。该研究可为偏高岭土基地聚物改良土的应用推广提供参数设计依据。     

碱激发低钙粉煤灰改良膨胀土的工程特性及微观机理

为了研究碱激发低钙粉煤灰对弱膨胀土改良的作用效果,通过膨胀性试验、无侧限抗压强度试验、ESEM试验及XRD物相分析试验研究不同掺量的碱性激发剂NaOH对低钙粉煤灰膨胀土力学性能的影响,对土体微观结构及孔隙形成特征进行分析量化,并基于XRD试验分析土体中矿物成分变化特征,揭示碱激发粉煤灰与土体之间的作用机理。结果表明:碱性激发剂可以提升粉煤灰的活性,加快水化反应,可以加快早期强度发展和提高后期强度;随着碱激发剂的增加,粉煤灰改良膨胀土的无侧限抗压强度先增后降,10%掺量的NaOH为最佳掺量;土体中孔隙类型复杂,碱激发改良土微观发现产生的凝胶可以填充孔隙,且和土体相互粘结,减少孔隙。NaOH作为激发剂,可以有效改善粉煤灰的活性,并提高膨胀土的基本特性。     

石膏-熟料质量比对矿渣充填胶凝材料性能的影响及应用

为研究碱-盐复合激发大掺量矿渣充填胶凝材料的力学特性,设计不同石膏与熟料质量比的充填胶结体强度实验。利用XRD,SEM和TG-DSC等手段,研究净浆试样水化产物种类、微观形貌及质量损失率;基于室内实验研究成果,开展新型充填胶凝材料工业化应用研究。研究结果表明:当复合激发剂掺量为15%、石膏和熟料质量比为1:4,充填体3 d抗压强度最大为1.05 MPa;当复合激发剂掺量为20%、石膏和熟料质量比为3:2,充填体28 d抗压强度最大为8.61 MPa。石膏促使浆体中钙矾石(缩写为AFt)的生成,但掺量过大则影响早期胶凝物质的生成量,后期浆体中水化硅酸钙凝胶(缩写为C-S-H)的钙硅比由1.804降低到1.559,可保证结石体后期钙矾石的持续生成;3 d龄期净浆试样质量损失率从大到小依次为T7,T9和T6,28 d龄期净浆试样质量损失率依次为T9,T7和T6;综合可见,针对大掺量矿渣充填胶凝材料,合理的石膏掺量有助于提高充填体早期强度;但当石膏掺量较大或熟料掺量少时,胶结体早期强度低但有利于后期强度的提高。当熟料质量分数为12%,石膏为3%,矿渣为85%时,充填体3 d抗压强度为2.7 MPa,7 d抗压强度为5.1 MPa,28 d抗压强度达到10.6 MPa,满足金川矿山对充填体强度的要求。     

地聚物影响因素对黄土强度的试验研究

为了探究黄土基地聚物因素对固化黄土强度的影响,文中以黄土作为地聚物加固的主体,对影响地聚物强度的激发剂浓度、激发剂模数、碱浓度三个因素进行研究。通过固化黄土和天然黄土的不固结不排水三轴剪切试验,以及100倍下SEM观测结果,并结合PCAS软件分析固化黄土的黏聚力、内摩擦角和孔隙颗粒微观状态,考察地聚物不同因素对固化黄土宏观和微观层面的影响规律。结果表明:固化黄土强度随激发剂浓度的增加先上升后下降,随激发剂模数的增大而减小,随碱浓度的增大先上升后下降,且养护14 d的固化强度已经达到28 d强度的80%以上。固化黄土的强度在激发剂浓度和碱浓度分别占土体含水量的30%和15%、激发剂模数为1.0时达到峰值,固化黄土的黏聚力达到了163 kPa,内摩擦角达到了28.7°,比较天然黄土的黏聚力和内摩擦角,其黏聚力提升了大约10倍,内摩擦角提升了约7°;其颗粒呈现有序性排列,颗粒化程度减弱,孔隙整体倾向圆滑,孔隙率大幅度减小。据此不同组分配比条件,可有效提高固化黄土强度。     

纤维粉煤灰改良膨胀土无侧限抗压强度试验

为研究碱激发粉煤灰、玄武岩纤维对膨胀土的改良效果,开展无侧限抗压强度试验,分析了碱激发剂的类型及掺量、纤维和粉煤灰掺量以及养护龄期对改良土强度的影响。研究结果表明:Na_2CO_3、Na_2SiO_3、NaOH 3种碱激发剂中,Na2Si O3的激发效果较好;单掺纤维或粉煤灰均能够提高土体的强度,纤维粉煤灰共同改良的膨胀土强度高于相同掺量下的单掺纤维和单掺粉煤灰改良土强度;纤维的加入改善了粉煤灰土样的脆性破坏模式;随着养护龄期的增长,改良土的强度逐渐提高。     

粉煤灰基地聚合物拉伸性能研究

以粉煤灰为主要原材料,矿粉为添加剂,水玻璃和氢氧化钠为激发剂,制备地聚合物。通过正交试验测试了水胶比(W)、碱激发剂掺量(S)、矿粉取代率(B)和水玻璃模数(M)在不同水平下的地聚合物试样3 d、7 d与28 d的拉伸强度。通过极差分析和因素指标分析,得出各因素对拉伸强度的影响规律。当水胶比为0.3,碱激发剂掺量为0.08,矿粉取代率为0.3,水玻璃模数为1.8,试样的各龄期拉伸强度较优,可得到3 d、7 d和28 d拉伸强度为1.65 MPa、2.25 MPa和3.68 MPa的地聚合物胶凝材料。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对拉伸性能进行了机理分析。分析结果表明,拉伸强度与无定型凝胶体的含量和产物微观形貌相关。     

地聚物砂浆的力学性能与孔结构分形特征分析

为探讨矿渣粉改性粉煤灰地聚物砂浆在不同温度下的强度变化规律及改善机理,进行了不同矿渣粉掺量的粉煤灰地聚物在多种温度下的力学性能试验,并分析了其微观形貌及孔结构特征。结果表明:粉煤灰基地聚物在室温固化时的抗压强度和抗弯强度均较小,掺入矿渣粉或高温固化都可以改善粉煤灰地聚物的力学性能,但高温固化导致后期抗压强度变化变缓;当不掺矿渣粉时,地聚物砂浆的流动度为232 mm,但凝结时间超过8 h;随着矿渣粉掺量的增加,地聚物的流动度逐渐降低,凝结时间也变短;高温固化和掺入矿渣粉都可以显著减小粉煤灰地聚物材料的孔隙率;室温固化时,地聚物砂浆中含有大量宏观孔隙,并且粉煤灰地聚物砂浆中基本不存在胶凝孔隙;高温固化后,粉煤灰地聚物砂浆中以毛细孔隙体积占比最大,而改性砂浆则以胶凝孔隙和过渡孔隙的居多;从试件内部的微观形貌图可见,掺入矿渣粉后地聚物砂浆变得更加致密;基于热力学关系的分形模型可以在压汞法测量的孔径范围内很好地描述地聚物砂浆孔结构的分形维数,其次为孔轴线模型;地聚物砂浆孔结构的分形维数大于2.0,在粉煤灰地聚物中掺入矿渣粉可以改善地聚物的孔隙结构,提升固化温度则使得地聚物的孔隙结构变得复杂。     

不同碱当量、粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣地聚物力学性能及微观结构的影响

粉煤灰、矿渣复配组成碱激发复合水泥可以改善单一组分碱激发水泥的性能劣势。为了研究不同碱当量、不同粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣砂浆力学性能、干燥收缩及微观结构特性的影响,采用抗压、抗折强度试验、吸水率试验、干燥收缩试验、微观扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)及傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR)试验进行表征。结果表明:3、7、28 d龄期时,随着碱当量和矿渣掺量增加,粉煤灰-矿渣砂浆抗压、抗折强度呈逐渐增加趋势,吸水率和干燥收缩率呈逐渐下降趋势。其中龄期为28 d,碱当量为6%、矿渣掺量为100%时,碱激发粉煤灰-矿渣砂浆抗压强度达到峰值110.84 MPa,抗折强度达到峰值10.77 MPa,吸水率最小,为1.2%,与4%的粉煤灰-矿渣砂浆相比,碱当量为6%的砂浆干燥收缩率均减少10%以上。由微观分析知,粉煤灰-矿渣砂浆在碱激发作用下水化产物主要为铝硅酸盐凝胶和水化硅酸钙凝胶,粉煤灰掺量越大,凝胶结晶度越低。碱当量越大,体系水化产物数量越多,结构越密实。     

粉煤灰固化超盐渍土的抗剪强度及耐久性

利用宁夏平罗县姚伏的超盐渍土,分别掺入5%、10%、15%、20%、25%、30%的粉煤灰进行固化改良,通过三轴试验,研究7d和28d龄期压实系数为90%、93%、96%固化盐渍土的抗剪强度;定性观察分析365d龄期的固化超盐渍土的耐久性.结果表明:当粉煤灰掺量在0~10%时,黏聚力增加显著;当粉煤灰掺量在10%~30%时,黏聚力增加缓慢.当粉煤灰掺量在0~15%时,摩擦角增加缓慢;当粉煤灰掺量在15%~30%时,摩擦角增加显著.7d与28d龄期固化超盐渍土相比较:当粉煤灰掺量在15%以内时,随着龄期的增加黏聚力和摩擦角有小幅波动变化;当粉煤灰掺量在15%以上时,随着龄期的增加黏聚力有增加的趋势,而摩擦角有降低的趋势.建议利用粉煤灰固化超盐渍土时,最佳掺量控制在10%~15%.365d龄期的各组固化盐渍土均处于松散状态,因此,利用粉煤灰固化超盐渍土需进一步研究改善其耐久性.     

脱硫石膏粉煤灰地聚合物抗压强度和反应机理

经钠水玻璃激发固体废弃物脱硫石膏和粉煤灰,成功研制了脱硫石膏-粉煤灰地聚合物,研究了该地聚合物的抗压强度,并采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试方法研究了其反应机理.研究表明:经800℃焙烧1h后的脱硫石膏结构松弛、缺陷多、活性大,以10%掺量取代粉煤灰,经钠水玻璃激发形成的地聚合物,在75℃养护8h或在23℃养护至28d,抗压强度均可达37.0 MPa.此反应体系中,碱激发与硫酸盐激发作用共存,地聚合反应与水化反应同时进行,生成了地聚合物凝胶、类沸石以及钙矾石等反应产物.脱硫石膏-粉煤灰地聚合物的成功研制,为实现多种工业废弃物的共处置利用,尤其是含硅铝相的工业废弃物和含硫酸钙的工业废弃物的共处置打下了理论基础.     

固体NaOH/Na2SiO3激发矿粉/粉煤灰-炉渣基注浆材料性能研究

以矿粉和粉煤灰-炉渣作为前驱体,其中粉煤灰、炉渣以质量比4:1共同粉磨制备前驱体之一,以NaOH和Na₂SiO₃配制模数为1.2的固体激发剂,制备碱激发注浆材料。研究粉煤灰-炉渣的掺量、激发剂的掺量(以Na₂O计)对注浆材料工作性能和力学性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对水化产物进行物理化学表征,使用核磁共振分析注浆材料孔结构特征。研究结果表明：粉煤灰-炉渣掺量为50%的注浆材料的28 d最大抗压强度达31.25 MPa。水化产物主要为C-A-S-H凝胶,浆液结石体内部孔隙主要为胶凝孔(孔径<10 nm)和过渡孔(孔径为[10～100) nm),占比超过90%。     

脱硫石膏-石灰-粉煤灰体系胶凝性及水化机理

通过在粉煤灰中掺加不同质量分数的脱硫石膏、石灰、NaOH、Na2SO4、煅烧脱硫石膏等研究体系的胶凝性能。结果表明:单掺脱硫石膏或煅烧脱硫石膏能提高体系的强度,最佳煅烧温度为800℃;加入石灰及NaOH碱性激发剂后,粉煤灰的活性得到激发,体系的胶凝性能明显提高。当脱硫石膏掺量的质量分数为7%、石灰为8%、NaOH为0.5%时,其28 d的抗折强度达4.19 MPa、抗压强度达16.70 MPa。在脱硫石膏、石灰、NaOH等的共同作用下,粉煤灰的水化反应加强,其主要产物为钙矾石、水化硅酸钙,体系的致密性及胶凝性能均增强。     

粉煤灰水泥土力学特性试验研究

针对上海苏州河区域的软土特点,将粉煤灰和水泥作为固化材料加固饱和软黏土,研究粉煤灰对水泥土力学特性的影响.通过无侧限抗压强度试验,研究了不同粉煤灰掺量、水泥掺量以及不同龄期对水泥土强度和变形特性的影响;通过Matlab数据拟合,提出了水泥粉煤灰固化土的强度预测方法.随着龄期的增长和粉煤灰掺量的增加,固化土的应力应变关系由塑性破坏转变成脆性破坏.当粉煤灰掺量过高时,水泥土中易发生耦合反应,影响固化效果.因此,水泥掺量与粉煤灰掺量比例为1∶1,且粉煤灰最佳掺量为14%~18%.     

高含水率疏浚淤泥固化的力学性质试验研究

基于以废治废有效利用大掺量粉煤灰治理淤泥的思路,使用水泥和生石灰作为粉煤灰的激发剂,同时使用高吸水树脂内供水进行固化土内养护,进行固化土无侧限抗压强度试验和含水率试验.水泥加高吸水树脂、水泥加粉煤灰及水泥加生石灰双掺固化试验发现,各掺量下固化土的强度随龄期的增长而增长,在水泥掺入比一定时各种固化材料存在最佳掺量;以此为基础的四种材料的正交试验得出了固化淤泥的最佳的配比组合并分析固化机制,可以为低掺量水泥处理高含水率疏浚淤泥的实际工程提供参考.含水率试验得出粉煤灰和生石灰能快速降低固化土的含水率,高吸水树脂能够延缓固化土含水率的降低,能够通过内供水的方式保证水化反应环境,继而促使水化反应更大程度地进行.     

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。     

碱激发矿渣加固淤泥的物理力学性能与机理

为绿色低碳处置渣土并进行资源化利用,通过碱激发高炉矿渣(ground granulated blast-furnace slag, GGBS)作为绿色固化剂固化淤泥质工程渣土进行路基填料应用,探究不同固化剂掺量对固化土的综合性能影响规律,采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)、核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)对固化效果进行微观表征,用分形理论阐述微观孔隙特征揭示碱激发GGBS固化淤泥质渣土机理。结果表明：固化剂增加了固化土液塑限,降低了塑性指数,最优含水率随固化剂掺量增加呈现先减少后增大的趋势,最大干密度与之相反。掺入固化剂提高了渣土力学性能和水稳性,10%的掺量的固化渣土,强度、加州承载比(California bearing ratio, CBR)、水稳性以及渗透性分别为2.36 MPa、210.7%、81.3%和1.36×10^-7 cm/s,各项指标均能满足路基填筑强度要求。微观机理表明,改良土的主要水化产物为(N...     

掺砂水泥黄土的力学特性和抗冻性

为探索砂土掺量对水泥黄土性质的影响,以水泥掺量、粉煤灰掺量和砂土掺量为因素,设计L_(16)(4~5)正交试验方案,试验研究掺砂水泥黄土的力学特性和抗冻性;分析其作用规律;建立水泥土强度、变形模量与各因素间的关系模型以及变形模量与强度间的相关关系.结果表明:掺砂对水泥黄土28d的力学性质和抗冻性不利;随砂土掺量的增加,水泥黄土28d的强度和变形模量减小,抗冻性降低;砂土掺量对水泥黄土的强度影响较显著,对变形模量的影响不显著;随冻融循环次数的增加,水泥黄土试件的完整性降低,经10次冻融循环破坏严重,强度损失大.掺砂水泥黄土的抗冻性较低,不宜用于冻结深度范围内的黄土地基处理.     

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.     

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.