养护温度对赤泥基路用胶凝材料性能及微观结构的影响

赤泥基路用胶凝材料可代替水泥应用于道路半刚性基层建设。山东省属暖温带季风性气候,全年气温波动大。在半刚性基层施工期间,不同月份导致赤泥基路用胶凝材料养护温度不同。基于2006—2023年山东(济南)温度变化特征确定养护温度为1℃、4℃、10℃、16℃、20℃、25℃、28℃,通过万能试验机和^(1)H低场核磁共振分析仪研究养护温度对赤泥基路用胶凝材料抗压强度及微观结构的影响规律,并利用X射线衍射、热重测试分析、ICP-OES揭示养护温度对赤泥基路用胶凝材料性能演化的作用机理。结果表明,养护温度升高会促进赤泥基路用胶凝材料抗压强度发展,养护温度为28℃时7 d抗压强度达到21.15 MPa,相较于养护温度为1℃时提升67.41%,且当养护温度不低于20℃时,在整个养护阶段强度发展率大于1 MPa/d。养护温度的提升会优化结石体孔结构分布,养护7 d后,随温度升高结石体的凝胶孔、过渡孔占比从37.82%提升到80%以上,毛细孔占比从62.18%下降到15%左右。赤泥基路用胶凝材料水化产物主要为(C,N)-A-S-H凝胶,其对强度发展起重要作用,养护温度的提升会促进赤泥Si/Al元素溶出,从而提高(C,N)-A-S-H凝胶的生成量。月均温度低于10℃时不宜进行道路施工,月均温度在10~20℃时可延长赤泥基胶凝材料养护时间促进其强度发展。

桩侧注浆提升既有桩基承载特性试验与数值模拟

为揭示粉质黏土地层既有桥梁桩基的桩侧注浆加固机理,通过模型试验研究了注浆压力、水灰比对桩侧土体加固模式及加固效果的作用关系,采用数值模拟获取了桩侧注浆对既有桩基承载特性作用规律。研究结果表明,水泥单液浆在粉质黏土地层中以挤密劈裂的加固方式为主,水泥浆液扩散模式呈现直线式、放射式;粉质黏土注浆加固效果与注浆压力正相关,随水灰比的升高而呈现先升高后降低的趋势。桩基桩侧加固可以有效地提高加固范围内的侧摩阻力,桩基深部相较浅部侧摩阻力提升更明显。

赤泥基泡沫地聚物用泡沫剂的制备与性能研究

赤泥地聚物具有速凝、高强度、低成本等优异性能,弥补了泡沫轻质土凝结时间短、强度低和水泥价格高的缺陷。为了制备适用于赤泥地聚物的碱性泡沫剂,本文研究了发泡剂、稳泡剂的种类及掺量对泡沫性能的影响,根据气泡性能指标确定了复合泡沫剂最优配方。分析了单一起泡剂与复配泡沫剂对赤泥基泡沫地聚物抗压强度、湿容重及微观结构的影响。复配泡沫剂制备的泡沫地聚物孔结构均匀致密,孔径分布均匀,均优于单一起泡剂,满足工程要求。

超细矿物掺合料对复合海工修复材料性能影响研究

基于构筑物修复界面性能,通过掺加超细矿物优化普通硅酸盐水泥–硫铝酸盐水泥复合修补材料的力学、粘结和抗蚀性能,使其满足海洋构筑物修复要求。研究结果表明:超细矿粉和硅灰能够提高材料的粘结强度和抗侵蚀性能,最优掺量分别为10%和9%。超细矿物掺合料的高火山灰活性和颗粒效应改善了硅酸盐–硫铝酸盐水泥复合水泥的修补性能和抗侵蚀性能,并延缓了复合海工修补材料的凝结时间。

赤泥-高炉矿渣-钢渣三元体系注浆材料试验研究

为解决地下工程灾害治理中大量消耗水泥造成的环境污染、造价高等问题,基于协同理论制备了赤泥-高炉矿渣-钢渣基三元体系全固废类注浆材料,系统研究了钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系工作性能、力学强度的作用规律,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、压汞仪等微观测试手段分析其作用机理。试验结果表明:钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系力学强度具有提升作用,当其掺量为10%时,28 d抗压强度可达12.78 MPa,增幅为59.84%。钢渣经机械粉磨和高温活化后,其协同作用可进一步提高,随着钢渣粒度的减小,浆液结石体力学强度逐渐增强;随着活化温度提升,结石体力学强度呈先增加后减小的趋势。钢渣在10%最优掺量下,活化温度为700℃,粒径为200目时,赤泥-高炉矿渣-钢渣基注浆材料结石体的力学强度最优,28 d强度达到15.1 MPa。此外,钢渣的掺入还可以促进赤泥-高炉矿渣基浆液的凝结,凝结时间缩短,浆液的流动性降低。微观分析表明:钢渣可参与赤泥-高炉矿渣体系的水化反应,而且钢渣微粒在浆液结石体中具有充填效应,使结石体更加密实,进而提高结石体力学强度;此外,在高温条件下,钢渣中生成钙芒硝、硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸钙胶凝矿物,可促进钙矾石和水合铝酸钙的生成,对强度具有提升作用。

水溶性植物胶改性水泥–水玻璃封堵材料试验研究

中国西南地区岩溶地区发育,岩溶动水灾害对地下工程建设造成极大影响,为了解决水泥–水玻璃封堵材料浆液留存率低等问题,通过水溶性植物胶对传统水泥–水玻璃浆液进行改性处理,并从凝结时间、抗压强度、浆液留存率、黏度时变性、水化过程及微观结构角度进行分析,系统研究了水溶性植物胶对水泥–水玻璃封堵材料性能的影响机理。试验结果表明:①水溶性植物胶可提高浆液动水抗分散性能,其中,瓜尔豆胶掺量为0.8%时水泥–水玻璃浆液留存率最高为96.4%;②通过不同水溶性植物胶的改性,水泥–水玻璃浆液的凝结时间可调,增加了浆液的使用范围;③瓜尔豆胶提高浆液结石体早期强度,但降低其后期强度,黄原胶和黄原胶–瓜尔豆胶均降低浆液结石体的抗压强度;④水溶性植物胶可抑制水泥–水玻璃浆液的水化过程,通过水溶性植物胶的高黏度特性及其活性基团与水泥中阳离子之间的络合作用来提高其动水抗分散性能;⑤水溶性植物胶改性水泥–水玻璃浆液成功应用于岩溶地区石灰石矿山涌水工程,有效地解决了岩溶管道高流速、高流量突涌水问题。

硫铝酸盐水泥对高抗蚀复合海工修复材料性能的影响

本文研究了普通硅酸盐水泥(OPC)-硫铝酸盐水泥(SAC)复合海工修复材料的凝结时间、力学强度、粘接强度和抗侵蚀性能,并利用红外光谱和X射线衍射(XRD)分析了复合修复材料的水化机理。结果表明,当硫铝酸盐水泥掺量约为10%时,复合胶凝体系的凝结时间相比普通硅酸盐水泥明显缩短,粘接强度和抗侵蚀系数增加。随着SAC掺量的增多,复合修复材料的水化产物中钙矾石(AFt)增多,氢氧化钙晶体减少,有利于早期强度的发展。

粉质黏土地层桩侧劈裂注浆参数设计与效果评价

针对粉质黏土地层在役桩基础承载力不足问题,采用数值模拟和现场试验相结合的方法实现在役桩基注浆加固参数设计与加固效果评价。通过浆脉施加体积应变的方法建立注浆压力传递有限元模型,研究不同注浆工况下粉质黏土地层桩侧径向压力的分布规律,提出注浆参数设计方法。土压力随距离的衰减是非线性的,在一定的土体参数下注浆压力为2.0 MPa,注浆孔与桩侧距离为0.5 m时,传递到桩侧的径向压力较大。以京台高速改扩建现场桩基为模型,绘制不同工况下桩基承载力提升幅度等值线图,注浆加固后桩基承载力提高了30.3%~89.4%,为在役桩基加固效果提供参考。

不同水饱和度充填体力学性能及损伤机制研究

注浆充填被广泛应用于提升岩溶区溶洞的工程稳定性,充填体力学性能直接影响工程建设及服役安全性。采用单轴抗压强度试验机、压汞仪和扫描电镜针对不同含水饱和度石灰石尾矿基充填体的力学特性和损伤机制进行了系统研究。结果表明:随着饱和度增加,充填体抗压强度先提高后减小,饱和度为75%时,抗压强度最优,养护龄期为28 d时抗压强度可达6.8 MPa。微观分析可知,充填体水化产物为无定形凝胶(C-S-H凝胶、N-C-S-A-H凝胶)、钙矾石和未反应的石灰石尾矿颗粒,含水饱和度为75%时,内部结构最致密。基于充填体的应力-应变关系,描述了单轴压缩条件下不同饱和度充填体的变形过程,随着饱和度的增加,充填体破坏模式由剪切破坏转变为拉伸破坏。因此,建立了不同饱和度充填体的损伤本构模型,为岩溶充填工程的设计及服役性能评判提供可靠依据。