基于分形理论的固化土微观结构变化特性

为探究海洋环境中不同离子对固化土微观颗粒结构的影响,研究了钢渣+水泥固化土与水泥固化土在侵蚀环境下微观颗粒结构变化特点。选取海水中影响较大的3种离子对固化土试样进侵蚀性试验,对不种侵蚀龄期的试样进行电镜扫描,借助OpenCV图像处理软件对扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)图像进行处理,获得土体微观颗粒结构的形态特征,与试样无侧限抗压强度(unconfined compression strength, UCS)相结合,得到固化土微观颗粒结构变化与宏观强度变化的相互关联特性。研究结果表明：(1)在Mg²⁺作用下水泥固化土(CS)、掺激发剂的钢渣水泥固化土(A-SSP-CS)、钢渣水泥固化土(SSP-CS)的宏观强度变化与微观颗粒结构变化具有一定的相关性,且相关性在前期优于后期;(2)在Cl^-环境下CS、A-SSP-CS的宏观强度变化与微观颗粒结构变化在整个试验阶段内体现出较好的相关性,SSP-CS的宏微观相关性前期优于后期;(3)在SO₄^2-环境下,CS、A...     

碳化对水泥固化铅污染土物理力学特性的影响及其微观机理

水泥固化重金属污染土在服役过程中会受到周围环境的长期物理化学侵蚀,其中二氧化碳碳化作用是影响水泥材料耐久性的一个重要因素.为确保重金属污染场地二次开发利用的安全性,通过室内加速碳化试验研究了碳化作用对水泥固化铅污染土性能的影响规律.人工配制铅污染土,采用水泥固化后进行加速碳化试验,测试碳化后试样的碳化深度、含水率、密度、强度和孔隙溶液pH值等指标,分析碳化作用对固化土各物理力学特性的影响规律,并对比分析碳化与否时固化土的矿物成分和微观结构特征.试验结果表明,固化土的碳化深度与碳化时间平方根呈近似线性关系;碳化反应消耗一定量的水分,生成碳酸钙填充于孔隙,导致碳化后试样的含水率和孔隙率降低,干密度增加;碳化作用还导致孔隙溶液pH值从11～12降低到8～9;碳化后固化土的无侧限抗压强度和变形模量均得到增长,强度增加约6%～40%,试样无侧限抗压强度与基质干密度近似线性相关,变形模量与无侧限抗压强度也呈近似线性关系,变形模量约为无侧限抗压强度的75～100倍.TGA、XRD和SEM试验从矿物成分变化和微观结构特征方面证实了碳化作用后水泥水化产物水化硅酸钙、钙矾石和氢氧化钙等向碳酸钙转化的现象,...     

冻融作用下水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构

为了解水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构,以凹凸棒土为外掺剂,通过室内试验的方法研究了冻融循环作用下固化土的无侧限抗压强度、质量损失率及T2谱分布曲线.结果表明:养护28 d后,随外掺剂掺量增加,固化土的强度逐渐降低;随冻融循环次数增加,固化土的强度先增长后降低;掺加外掺剂固化土相比无外掺剂固化土,其强度明显降低;掺加外掺剂、无外掺剂和无苯酚无外掺剂三类固化污染土的累计质量损失率随循环次数的增加而增大,且呈相似的变化规律;在冻融循环3次时,固化土的孔隙减小且孔径变小,冻融循环5次和10次时,固化土的孔隙增加且孔径变大.由此可见,凹凸棒土虽使固化土强度降低,但因特殊的性质,对污染物的固化稳定化效果增强;固化土的强度变化与其内部孔隙和孔径有关.     

EICP技术固化黄泛区粉土抗压强度实验研究

为对脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP)技术在黄泛区粉土固化中的应用提供理论指导和技术参数,论文对EICP固化黄泛区粉土的抗压强度进行实验研究.首先研究温度、pH值、氯化钙与尿素浓度比对Ca²⁺矿化率的影响;然后拌合制备土样,分析了养护条件、反应液掺量、脲酶掺入比、胶结液浓度和龄期,对固化土体无侧限抗压强度的影响;并结合SEM进行微观分析.结果表明：胶结液为中性或弱碱性时矿化率较高,从脲酶利用率和经济性的角度,氯化钙与尿素最佳浓度比宜为1∶1.5;一定范围内提高养护温度和湿度可促进固化土体强度的提升;为达到较高的土体强度,脲酶与胶结液体积比宜为2∶3.     

微生物与水泥固化南海珊瑚砂的强度及微观特征对比试验

近年来,微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbial induced calcium carbonate precipitation, MICP)在土体加固领域受到广泛关注,但对MICP技术和水泥固化珊瑚砂的力学特性对比研究尚不充分。为了对比MICP珊瑚砂砂样和珊瑚砂水泥砂浆试样的力学特性,本试验分析了两者的破坏形式和应力应变曲线,并通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验比较了两者的微观结构。结果表明：当试样内部碳酸钙/水泥含量少于15%时,MICP试样的无侧限抗压强度要显著高于水泥砂浆试样,尤其是碳酸钙含量为5.3%、7.7%、9.1%时,MICP试样的无侧限强度为相应水泥砂浆试样强度的200%以上;当碳酸钙/水泥含量高于15%时,二者强度差值在5%以内。同时,MICP试样和珊瑚砂水泥砂浆试样的微观结构存在明显差异性。     

磷酸镁水泥固化铜污染土的工程特性

为研究不同水泥固化重金属污染土的处理效果和工程特性,取掺重金属铜的高岭土作为研究对象,考虑磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)掺量、养护龄期、初始铜离子浓度三种因素,研究了MPC固化后重金属铜污染土的固化效果及特性.基于无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,分析了三种因素对固化铜污染土的强度和微观结构的影响,并得到固化土抗压强度与内部孔隙所占百分比之间的关系.无侧限强度试验结果表明,MPC固化铜污染土的效果显著;随着MPC掺量的增多和养护龄期的增长,固化土的抗压强度增大;随着初始铜离子浓度的增大,固化土的抗压强度减小,且当污染土中铜离子浓度过高时,固化效果降低.微观试验结果表明,固化过程中既有物理包覆又有化学反应,随着MPC掺量的增多、养护龄期的增长,固化土的孔隙百分比降低,结构变得更加致密,随着初始铜离子浓度的增大,孔隙所占百分比增大,土体结构变得疏松,固化土体强度降低.     

养护围压对固化土固化效果影响的试验研究

固化技术在国内外已有广泛应用,但养护围压对固化土的影响还少有研究.为了探究养护围压对不同种类固化土固化效果的影响,进行了不同养护围压下的无侧限抗压强度试验和标准固结试验.试验结果表明,对于水泥固化淤泥,随着养护围压的增大,固化土的无侧限抗压强度和结构屈服应力都随之增大;对于水泥-石膏固化淤泥,养护围压可以更好地发挥石膏的作用,提升固化效果;对于固化污泥,养护围压对固化污泥固化效果的改善作用并不明显.     

胶结液浓度对微生物固化花岗岩残积土强度特性的影响规律

在分析花岗岩残积土物理特性的基础上,选用巴氏芽孢杆菌菌液和不同浓度的氯化钙与尿素的混合胶结液,利用设计的室内试验装置对花岗岩残积土开展不同灌注次数的微生物固化试验,并对不同工况的固化试样进行无侧限抗压强度（UCS）试验、碳酸钙生成率测试和崩解试验,同时开展X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等微观结构分析,以此探讨胶结液浓度和灌注次数对固化后花岗岩残积土强度特性的影响规律. 结果表明：试验参数范围内,灌注次数相同时,胶结液浓度为1.0 mol/L时,试样的固化效果最好;胶结液浓度相同时,灌注次数越多,试样的固化效果越好;固化试样的崩解性大大降低,崩解系数均小于30%;微生物固化生成的方解石晶体呈现明显的簇状,填充、胶结在土颗粒之间,与砂土的微生物固化特性具有一定差异性,但两者的固化过程与机理具有相似性.     

木质素磺酸钙改良粉土抗硫酸盐侵蚀性能研究

粉土是路基工程中常见的土体填料,其结构性差,在硫酸盐侵蚀环境下易受到侵蚀.为改善粉土的抗硫酸盐侵蚀性能,采用木质素磺酸钙来加固土体,通过无侧限抗压强度与抗硫酸盐侵蚀试验,分析木质素磺酸钙掺量、养护龄期和硫酸盐环境下浸泡天数对改良粉土无侧限抗压强度的影响.结果表明：改良粉土的无侧限抗压强度随木质素磺酸钙掺量的增加先增大后减小,随养护龄期的增长逐渐提高.其他条件相同下,当掺量为5%养护龄期为28 d时,试样的无侧限抗压强度最大为394.6 kPa,是未处理粉土的5.46倍.同时,此时改良粉土的抗硫酸盐侵蚀性能最好,在硫酸盐环境下浸泡28 d后改良粉土的无侧限抗压强度是侵蚀后素粉土的4.9倍.SEM试验结果表明,掺入适量木质素磺酸钙可对土体内部孔隙进行填充,使土体强度、抗硫酸盐侵蚀性能增强.     

水泥加固高含盐软土的强度和微观结构研究

通过高含盐水泥土室内无侧限抗压强度试验,研究了Mg2 ,Cl-,SO42-离子含量变化对高含盐水泥土强度的影响及其变化规律;利用X射线衍射和扫描电子显微技术,分析了不同离子含量下水泥土的微观结构特征及其与水泥土强度的内在联系.研究结果表明,水泥土强度与C—S—H及C—A—H总含量存在很好的线性相关性;高含盐软土中Mg2 ,Cl-,SO42-含量变化不仅引起水泥土微观结构的差异,而且高含量对水泥土强度有不同程度的负面影响,这应引起工程应用中的重视.     

南京盾构渣土工程特性及其微观结构

城市地铁建设将产生大量的盾构渣土,为探讨泥态废弃物的充分处理和资源化利用,本文以南京地铁盾构渣土为研究对象,进行无侧限抗压强度,侧限压缩和抗剪强度等室内试验得到其基本物理力学特性,分析其力学性质随风干天数增加的变化规律,并观测风干至恒重试样的微观结构形貌特点。结果表明：该区域盾构渣土成分主要以石英、方解石等为主,具有流塑性、天然含水率高和级配良好等基本物性特征,随着风干天数的增加,无侧限抗压强度不断增大,强度增量系数降低,压缩曲线的整体斜率增大,极限压应变前的压密阶段和屈服阶段的范围减小;压缩曲线在低压阶段能产生较大的压缩变形而高压阶段压缩变形有限,压缩性类别由高压缩性向中等压缩性转变;抗剪强度持续增大,内摩擦角增长幅度缓慢,而粘聚力增长幅度较急剧。微观结构表明试样具有大量的团聚体主要以边-面、面-面的形式接触,接触较为松散,外包颗粒,结构易发生错位移动,符合本文所测中高压缩性和低剪切强度特征。此研究成果能够为我国盾构渣土的再利用提供可靠的基础研究。     

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.     

碱矿渣胶凝材料在快速测定烧结多孔砖抗压强度中的应用

烧结多孔砖生产质量控制和施工质量控制都要求能快速测定出烧结多孔砖抗压强度值,介绍了碱矿渣胶凝材料在快速检测烧结多孔砖抗压强度中的作用原理及应用。     

西湖疏浚淤泥的固化试验

采用工业废料、水泥及添加剂对西湖疏浚淤泥进行固化.结果表明,淤泥固化土的强度能够达到公路基层填料的要求,但是淤泥的含水量对固化效果的影响很大,若将含水量降至100%以下,淤泥固化土的强度随固化材料掺入比和龄期的提高均有较大的增长,可获得理想的固化效果;钢渣和粉煤灰两种工业废料中,钢渣对淤泥固化土强度的提高幅度显著高于粉煤灰,当钢渣掺入比大于30%时,淤泥固化土Ⅰ和Ⅱ分别可作为公路基层和底基层的填料,但掺粉煤灰的淤泥固化土不能满足公路基层填料的强度要求;掺入少量的QL-1添加剂能显著提高淤泥固化土的强度,从成本和效果综合考虑,QL-1添加剂的掺入比不宜超过1.5‰;水泥掺入比大于10%才能有效地固化西湖淤泥;经估算,采用淤泥固化土作为公路基层填料与级配粒料造价相当,但其环保和社会效益却无法比拟.     

击实水泥土强度随养护龄期增长的微观机理

通过室内夯实水泥土桩无侧限抗压强度实验和微观结构观测,研究了击实水泥土强度随养护龄期增长的微观机理.实验结果表明:随养护龄期的增长,击实水泥土块的无侧限抗压强度增加,渐趋于一个稳定值;60d龄期强度即可作为击实水泥土的设计强度.水泥土强度随龄期增长实质上反映了水泥水化凝胶体与拌和土料中的活性物质之间的离子交换和团粒化作用,以及硬凝反应程度由弱变强,在微观结构上表现为水泥土块中水化物结晶体由絮状、纤维状结构逐渐变为菊花状结构,最终形成网格状结构;粒间孔隙由大变小,分散状的土颗粒发生团粒化,随着水化作用的持续进行,相邻团粒被网格状水化物晶体联接形成水泥土结石体,从而导致水泥土强度的提高.     

水泥-沥青粉复合稳定粉土的强度及渗透特性

为解决黄河冲积粉土强度低、路用性能差等工程应用问题。本文以水泥和沥青粉作为改性剂,对黄河冲积粉土进行复合稳定。基于无侧限抗压强度试验、核磁共振试验和渗透试验,探究了水泥-沥青粉复合稳定粉土在标准养护条件下的龄期强度、孔隙分布及渗透系数的演化规律。结果表明：水泥-沥青粉稳定粉土具有良好的力学性能,7d龄期的无侧限抗压强度为976 kPa,且试样饱和后的强度损失较小;稳定粉土的孔隙特征是其力学强度及渗透性能的重要影响因素,饱和稳定粉土的核磁共振试验结果表明,随着养护龄期的增加,稳定粉土的孔隙率减小,稳定粉土的渗透系数随龄期的增加呈指数函数关系减小,同时稳定粉土的无侧限抗压强度对含水状态的敏感性降低。     

土壤固化剂稳定砂土性能试验研究

通过一系列室内试验研究,分析了不同固化剂及水泥掺量的砂土混合料在不同龄期时对无侧限抗压强度和劈裂强度的影响,得到了无侧限抗压强度和劈裂强度的主要影响因素及变化规律,并研究了不同延迟时间对混合料7d无侧限抗压强度的影响,给出了固化剂稳定砂土作为高速公路路床、底基层和下基层材料的最佳配合比及其相关的路用性能指标,为实现粉砂...     

包渗法制备硅化物涂层的结构形貌及形成机理

采用包渗法在C-103 铌合金基体上制备MoSi2 涂层,通过X 射线衍射、扫描电镜和能谱分析等手段研究涂层表面、截面形貌以及氧化后涂层结构变化,并分析硅化过程中涂层的形成机理.研究结果表明包渗法制备硅化物涂层是通过反应扩散形成的,硅化过程服从抛物线规律;该涂层为复合结构MoSi2 相为主体层;以NbSi2相为主、并含少量Nb5Si3 相的两相为过渡区;Nb5Si3 相为扩散层.在高温氧化环境下,涂层表面生成致密的非晶氧化层,有效地阻止了氧向涂层内扩散.