工业固废碳化固化淤泥的力学性能及机理研究

为改善淤泥的力学特性,提高其抗变形能力,采用电石渣、粉煤灰与矿渣作为环保固化剂,联合CO_(2)碳化固化淤泥。通过加速碳化试验、无侧限抗压强度试验、X射线衍射(XRD)和电镜扫描(SEM),对比分析不同固化剂掺量、碳化时间、碳化深度对试样力学性能和微观结构的影响。结果表明:碳化6 h试样抗压强度得到明显提升,提升幅度为16%~25%;试样强度随着碳化时间先增加后减小,最佳碳化时间为6 h左右;碳化6 h后的pH值从11~14降低到10~12;固化淤泥碳化深度与碳化时间的平方根近似为线性关系;碳化后试样破坏,应变基本不变,但峰值应力明显增大,碳化试样变形模量高于未碳化试样;工业固废碳化固化淤泥试样所生成的水化产物为CaCO_(3)晶体,以针状的文石和方形的方解石形式存在,共同构建土体内部骨架,形成非常密实的交叉体系。

新拌固化淤泥流动性测试标准试验研究

流动性是评判新拌固化淤泥能否进行流动化施工的关键指标,一般采用流动度试验方法。研究流动度测试试验标准是推动新拌固化淤泥流动化施工的重要内容。采用目前主流的3种流动度测量筒/截锥圆模,研究初始含水比、水泥掺量及水化反应时间对淤泥和新拌固化淤泥流动度的影响,讨论3种流动度测量模具所反映的流动度规律异同及适用性。研究发现:(1)淤泥和新拌固化淤泥流动度具有最大/小值,随着初始含水比的增加呈现S形增长。(2)水泥掺量从0变为50 kg/m^(3)时对流动度影响最大,掺量继续增加流动度变化趋缓;水泥掺量固定时,水灰比和流动度呈现较明显的线性关系;3种流动度测量模具所得的拟合参数变化规律类似。(3)随着水泥水化反应的进行,新拌固化淤泥流动度下降,较高水泥掺量时流动度下降更快。(4)JHS.A 313和GB/T2419流动度测量筒对初始含水比的变化关联度更强;ASTM D6103流动度测量筒因为其过长的高度,在实际操作中易造成试样倾斜,GB/T2419测量筒则更容易混进空气,二者均对试验结果产生较大影响,因此推荐使用JHS.A313流动度测量筒进行淤泥、新拌固化淤泥流动度的研究。

不同吸水环境下碱渣固化淤泥毛细吸水和强度性质

地下水位以上的固化淤泥中存在毛细吸水现象,可能会对固化淤泥的耐久性产生不利影响。以碱渣、矿渣和电石渣对淤泥进行固化处理,开展不同吸水环境下固化淤泥的毛细吸水、无侧限抗压强度、X射线衍射和核磁共振试验,研究毛细传输系数和强度的变化规律及其微观机理。研究表明,固化淤泥毛细管系数与吸水系数之比为2.3~3.2;固化淤泥的吸水系数和毛细管系数随碱渣掺量的增加先减后增,在碱渣掺量为25%(质量分数,下同)时最小,对应毛细孔体积也最小;随着水中含盐量增加,更多的钙矾石生成并发生氯化钠的迁移和聚集,毛细孔体积增多,孔径增大,毛细吸水能力增强,导致固化淤泥的毛细吸水系数和毛细管系数增大,无侧限抗压强度降低。在海水环境下毛细吸水使碱渣固化淤泥强度损失比水泥固化淤泥更严重。以碱渣等工业固体废弃物作为淤泥固化剂时,需考虑毛细吸水对固化淤泥耐久性的不利影响。

工业废渣固化淤泥力学特性及微观机理研究

目的针对大宗固废难以消化、疏浚淤泥处理困难、传统水泥固化淤泥不符合新发展理念等问题,采用钢渣、石灰和脱硫石膏制备环保型复合固化剂,应用在淤泥质土固化处理领域,以达到“以废治废”的目的。方法对固化淤泥土开展无侧限抗压强度、pH、扫描电镜等试验及其固化机理探究。结果复合固化剂最优配比为钢渣5%、石灰9%、脱硫石膏6%,龄期28d时固化土的强度高达1.657MPa,略低于同掺量龄期的水泥固化淤泥土,但延性有显著提高。碱性环境主要由石灰提供,pH阈值约为13,当pH值约12~13时最有利于水化反应的进行。微观特性分析表明,AFt与C-S-H为固化土提供骨架结构作用,填充颗粒孔隙,使其形成更加致密的网状结构,显著提高了淤泥固化土的宏观力学特性。结论此环保型复合固化剂可以固化淤泥土用于建筑回填和路基填土,能有效提高淤泥的资源化利用率。

固化淤泥土对水泥砂浆影响的试验研究

分析当前淤泥固化土的应用现状,对不同淤泥土掺量的水泥砂浆进行抗压及抗折室内试验,研究淤泥土掺量及养护周期对水泥砂浆抗折抗压性能的影响规律。结果表明,随着龄期的增加,各淤泥土掺量的试样的抗折强度和抗压强度都逐渐提高,且趋于稳定,未掺入固化淤泥土的试样在全养护期内的强度均比其他试样要高;掺加固化淤泥土总体来讲对强度不利,5%含量淤泥土掺量条件下的强度最低,掺量继续提高时,试样的强度反而略微增大。

生物酶联合水泥固化淤泥力学性能及机理

为改良淤泥强度,环保、高效解决疏浚淤泥处理问题,采用生物酶联合水泥对淤泥进行固化处理。通过无侧限抗压强度试验、直接剪切试验初步分析了生物酶对水泥固化淤泥强度的影响规律,并通过阳离子交换量试验(CEC)、电动电位试验、扫描电镜测试(SEM)、X射线衍射试验(XRD)和红外光谱试验(FTIR)等手段进一步探究了其协同固化机理。结果表明:生物酶联合水泥固化处理对淤泥强度有明显提升效果,其强度最高可提升73.8%,且生物酶掺量、种类、养护龄期影响其固化效果,但生物酶不和土体内矿物发生化学反应;生物酶和水泥的联合固化作用主要通过促进淤泥内阳离子交换作用,降低土体的电动电位,提高水泥水化产物的胶凝作用,促进活性黏土矿物的胶结以及催化包膜结构的形成实现;各类生物酶中,路易酶的固化效果最好,其水泥固化淤泥7 d无侧限抗压强度达378.8 kPa、黏聚力达307 kPa、内摩擦角达52.3°,相比水泥固化淤泥分别提高73.8%、33.2%和55.2%。

混凝土颗粒料与水泥固化淤泥力学特性研究

普通的混凝土粒料与水泥土搅拌制成的复合地基处理技术,既可以在软基处理、挡土墙回填、边坡治理等方面发挥重要作用,又能有效减少废弃混凝土导致的环境污染。该方案能有效地处理水泥浆料的重复使用,并节省了大量的砂石和其他填充材料。为了实现混凝土-水泥固化淤泥试样的基本力学特性的目标,本项目将对上述特点进行研究。结果表明,普通的混凝土粒料与水泥土搅拌制成的复合土的机械性质有很大改善,说明将其应用于实际工程中是切实可行的方法。

干湿循环作用下氯氧镁水泥基多相胶凝材料改性固化淤泥的水力-力学特性

为探明以绿色氯氧镁水泥为基、以工业副产品粉煤灰和矿渣为辅的多相胶凝材料对已初步固化的淤泥进一步改性而得的“改性固化淤泥”用作路基填料的长期性能,以武汉东湖段的改性固化淤泥为研究对象,通过系列试验得到其经历不同次数干湿循环作用(N_(DW))的土-水特征曲线(SWCC)以及非饱和状态下的回弹模量(M_(R))、无侧限抗压强度(q_(u))、刚度参数(E_(1%)和S_(u1%))和累积塑性应变(ε_(p))。结果表明:(1)干湿循环使改性固化淤泥试样产生大量的宏观裂缝和微观裂隙,显著地降低了其在低吸力段的持水能力,但对高吸力段的持水能力基本无影响;(2)q_(u),E_(1%),S_(u1%)和M_(Rrep)均随着N_(DW)的增加而衰减,其衰减机理具有相似性,依此建立了衰减因子(χ_(DW))-N_(DW)关系模型:(3)经历干湿循环后,M_(R)对围压(σ_(c))变化的敏感性有所增加,而对偏压(σ_(d))则有两种不同的反应;(4)未经历干湿循环改性固化淤泥试样的ε_(p)表现为塑性稳定型,而经历干湿循环后,在高σ_(d)和低σ_(c)水平下,试样ε_(p)转变为塑性过渡型。

含秸秆固化淤泥pH值检测方法研究

我国拥有丰富的河流及湖泊资源,为了改善水体环境、保持航道畅通,需要对各类水域开展疏浚工作,在此过程中会产生大量的疏浚淤泥,对其进行固化是目前常用的处理方法。试验在固化淤泥中加入不同形态、研究不同掺量的水稻秸秆,研究土样的状态、静置时间等因素对含秸秆固化淤泥pH值检测时的影响。

固化淤泥土的力学特性试验研究

淤泥土具有高含水率,高压缩性,强度低等特点,工程建设中容易产生不均匀沉降等危险。为改善淤泥类土的力学性质,实现淤泥资源利用,选取工业矿渣为固化材料,以硅酸钠和氯化钙为激发剂,对淤泥土进行改良。通过开展无侧限抗压试验,分析矿渣、硅酸钠、氯化钙掺量和龄期变化对试样力学性能的影响。结果表明:矿渣在激发剂的作用下能显著提高淤泥土的强度,其强度随矿渣掺量近似呈线性增长的趋势。硅酸钠对矿渣的激发效果明显优于氯化钙,其临界掺量为9%;氯化钙对强度并无明显增长,甚至表现出负面效应。基于试验数据建立固化淤泥土强度预测模型,可以对固化淤泥土的无侧限抗压强度进行准确预测。研究成果为矿渣固化淤泥土的工程应用提供试验基础。

循环荷载下海砂复合固化淤泥动弹性模量与阻尼比研究

为了探究不同海砂掺量和振动频率对海砂复合固化淤泥动应力-动应变(σ_(d)-ε_(d))关系、动弹性模量及阻尼比的影响,以海砂复合固化淤泥为研究对象,利用GDS动三轴仪在不同频率下进行分级加卸载试验。试验结果表明:动应力较小时,σ_(d)-ε_(d)曲线呈线性关系,逐级增大动应力,动应变增长迅速直至破坏;同一频率下,应力-应变曲线随海砂掺量的增加先上升后下移,掺量为15%的固化淤泥曲线位于最上方;同一海砂掺量,高频下的动变形小于低频、动强度高于低频;不同海砂掺量、不同频率下固化淤泥动弹性模量E_(d)均随动应力σ_(d)的增大而先增大后减小,阻尼比λ随动应力σ_(d)的增大先略有减小后逐渐增大;滞回耗能ΔW随动应力σ_(d)的增加呈现出非线性增大的趋势,相同动应力下对应的滞回耗能ΔW随频率的增加而减小;增大频率和掺入适量海砂可以提高固化淤泥的动弹性模量,有效降低固化淤泥的阻尼比。研究成果可供探讨海砂复合固化淤泥的动力特性和设计提供试验和理论参考。

MgSO_(4)硅粉改良固化淤泥的渗透性能及孔隙特征

【目的】为改善碱渣固化淤泥在MgSO_(4)侵蚀环境中抗渗性差问题,【方法】利用纳米硅粉改良固化淤泥,研究硅粉掺量和浸泡时间对固化淤泥渗透性能和孔隙特征的影响,开展标准养护和MgSO_(4)溶液浸泡后固化淤泥的变水头渗透试验和核磁共振(NMR)试验研究。【结果】结果显示:在标准养护7 d时,纳米硅粉使试样渗透系数减小;在MgSO_(4)侵蚀环境中,当纳米硅粉掺量为1%~2%时试样渗透系数最小;固化淤泥T_(2)图谱为双峰型,较大孔隙对应次峰峰值随浸泡时间的增加而增大,添加适量纳米硅粉试样次峰峰值减小且T_(2)曲线略向左偏移,中大孔累积占比和孔径都有所减小。微观参数nD_(50)^(2)与渗透系数具有强相关性,将修正后孔隙比应用于太沙基渗透公式所得渗透系数接近实测值。【结论】结果表明:当纳米硅粉掺量为1%~2%时有助于固化淤泥结构保持密实状态,从而提高MgSO_(4)侵蚀环境下固化淤泥的抗渗性,nD_(50)^(2)可以反映固化淤泥微观孔隙特征对渗透系数的影响,修正太沙基渗透公式更适用于固化淤泥。

脱硫灰-水泥固化淤泥强度特性与固化-抽滤联合加固应用

采用水泥-脱硫灰复合体系固化淤泥软土,进行液塑限、无侧限抗压强度、扫描电镜、能谱分析等一系列实验,分析多种脱硫灰质量分数下固化土的物理力学行为.鉴于脱硫灰能明显抑制黏土亲水性,引入了真空抽滤工艺,并进行了水泥-脱硫灰就地固化与真空抽滤的现场对比实验.结果表明,脱硫灰的加入会使土的液限和塑性指数显著下降.脱硫灰与水泥质量比为20%时固化土强度最高.脱硫灰质量分数过高时,产生的强碱高钙环境抑制了黏土矿物水膜,导致结合水减少,自由水增多,固化土强度随之下降.真空抽滤工艺配合脱硫灰则可大幅度减少土中自由水含量.脱硫灰与真空抽滤联合具有良好的加固效果,可应用于浅层高含水率淤泥处理中.

生态固化淤泥的力学特性及微观结构试验研究

河湖淤泥的再利用是水利行业的可持续发展的难题之一。通过在淤泥中加入水泥、偏高岭土、黄土及秸秆来制备一种在水下缓慢降解的生态固化淤泥,分析了水泥及偏高岭土的掺量对固化淤泥性能的影响,对比固化淤泥在空气中及水下2种环境下力学性能的变化趋势,并在此基础上利用扫描电子显微镜(SEM)分析偏高岭土在基体中增强力学性能的机理。研究结果表明:水泥与偏高岭土的掺入能有效提高生态固化淤泥的力学性能,其中当偏高岭土的掺量为12%时,固化淤泥在空气环境中的180 d龄期无侧限抗压强度达到最高581 kPa;在水中养护的时候,偏高岭土会加速固化淤泥的降解,56 d龄期后力学性能出现明显降低;从SEM结果可以看出,偏高岭土能够有效改善固化淤泥结构的密实度,从而提高固化淤泥的力学强度。

碱激发矿渣粉煤灰固化淤泥力学性能和经济性研究

为实现固废资源化,解决传统无机胶凝剂成本高、碳排放大等问题,实现降本增效的同时满足公路工程用土需求,采用碱激发矿渣粉煤灰混合料对淤泥进行固化稳定化处理。考虑不同养护龄期和固化剂掺量,开展无侧限抗压强度试验(UCS)和经济性分析。研究结果表明,养护28 d固化剂掺量为10%的固化淤泥强度达到1058 kPa,碱激发矿渣粉煤灰水化产物增强了土颗粒之间的胶结作用并且填充了孔隙形成新的土体骨架,提高了固化淤泥土的力学性能。根据经济性对比结果,碱激发矿渣粉煤灰固化淤泥土更适宜作为道路基层用土。研究结果为碱激发矿渣粉煤灰固化淤泥土工程应用提供了实验和理论基础。

复合型早强土壤固化剂固化淤泥强度特性研究

淤泥是一种工程性质极差且难以快速固化的土体,通过无侧向抗压强度试验、固结排水三轴剪切试验、微观测试和压汞试验等研究了复合型早强土壤固化剂(composite rapid soil stabilizer,CRSS)固化淤泥的强度发展规律和固化剂掺量对强度的影响,初步探讨了强度增长的微观机制。研究结果表明:CRSS固化淤泥强度随养护龄期呈对数发展规律提高,早期强度发展迅速,养护1 h无侧限抗压强度即可达到3 MPa;随固化剂掺量增加,固化淤泥三轴剪切应力-应变曲线由应变硬化型逐渐向应变软化型发展,破坏偏应力和黏聚力呈线性增大。微观结构表明固化剂水化产物可胶结土颗粒、填充土体孔隙,增强土体整体性;压汞试验结果则进一步通过最可几孔径的联系揭示了固化淤泥黏聚力随固化剂掺量增大而线性增大的机制。CRSS固化淤泥具有显著快硬高强优势,可为抢险救灾、应急道路抢通等淤泥快速固化应用提供理论基础。

固化淤泥压缩特性的试验研究

淤泥固化技术在国内已经进入到工程应用阶段,明确固化淤泥的压缩特性对于指导淤泥固化工程的设计具有重要意义。通过单因素试验方案对不同初始含水率、不同水泥添加量、不同养护龄期的固化淤泥的压缩特性进行了研究。结果发现,固化淤泥压缩特性的最大特点是存在固结屈服应力,当荷载小于固结屈服应力时固化淤泥的压缩性非常小,而固化淤泥屈服之后的压缩性是屈服前压缩性的20倍以上,并且远大于未处理淤泥的压缩特性。淤泥本身是高压缩性的土,固化处理以后变为中等压缩性和低压缩性的土体。固化淤泥的固结屈服应力随水泥量增加线性增大,龄期越长、含水率越低固结屈服应力越大。固化淤泥的这种在固结屈服应力处发生突变的压缩特性和天然沉积结构性土类似,可以用双对数压缩模式来表示固化淤泥的这种压缩特性。

击实对固化淤泥物理力学性质的影响

淤泥固化技术中国进行工程应用时经常遇到需要碾压施工的问题,碾压后固化淤泥的力学性质是亟需试验明确的问题。研究了击实对不同水泥添加量和不同养护龄期下固化淤泥的密度、干密度、CBR和无侧限抗压强度的影响规律。结果表明,击实过程中存在有效击实次数,超过此次数后不能使土体进一步密实,击实土能达到的密度、干密度基本与固化土的相等;击实土的CBR强度可以从固化土的CBR得到,且约为固化土的1/10,固化土的CBR性质能够满足作为路堤填土的要求,而击实土则不能;固化土的抗压强度越大,击实土的抗压强度也越高,但是击实土相对于固化土的强度损失也就越大,击实土的无侧限抗压强度为固化土的1/3～1/2。因此,应根据实际淤泥固化工程的特点,合理选择水泥、石灰或复合型固化材料,这方面研究还有待更深入地开展。

冻融循环对固化淤泥土力学性质的影响

为研究固化淤泥土经过冻融循环后的力学性质变化及其劣化机理,通过无侧限抗压强度试验、直剪试验、固结试验等土力学试验对其形变特征、内摩擦角、黏聚力以及压缩特性的变化进行分析。结果表明:固化淤泥土随着冻融循环次数的增加,其无侧限抗压强度、内摩擦角、黏聚力以及压缩屈服压力等重要力学指标均出现减小的现象;6次冻融循环后,固化淤泥土达到承受极限,在此之后试样的各项力学指标将发生突变,破坏类型变为脆性破坏。研究成果可为固化淤泥土冻融循环劣化防治措施的制定提供科学的思路。

矿渣-粉煤灰地聚物固化淤泥力学性能和路用性能研究

为实现河底淤泥的资源化处置,常采用水泥等胶凝材料固化淤泥提高承载力作为路基材料。传统固化材料能耗大、碳排放量高。为开发可持续性固化材料,本研究采用矿渣-粉煤灰二元地聚物固化淤泥,研究其力学性能及路用性能。通过研究Si/Al摩尔比、Na/Al摩尔比对地聚物凝结时间和抗压强度的影响规律,确定地聚物配合比设计。依据优化配合比固化淤泥,研究地聚物掺量、养护龄期对固化淤泥力学性能的影响,并对固化淤泥进行水稳性、加州承载比、干缩和温缩试验,以评估其路用性能;采用扫描电镜和X射线衍射等试验方法对固化淤泥进行微观分析,揭示其固化机制。试验结果表明,矿渣-粉煤灰基地聚物地质聚合产物为无定形地聚物凝胶、水化硅酸钙、水化铝酸钙等,增强了土颗粒之间的胶结并且填充了孔隙,提高了固化淤泥的力学性能和路用性能。研究结果为地聚物固化淤泥土工程应用提供了实验基础。