OPC-GBFS-NS体系土体硬化剂固化土壤的作用效果研究

研究了以普通硅酸盐水泥(OPC)-矿渣微粉(GBFS)-硫酸钠(NS)体系制备的土体硬化剂对普通地表土壤和海滩淤泥这2种土壤的固化效果及其固化机理.研究表明,OPC-GBFS-NS土体硬化剂对2种土壤均具有良好的固化效果,使得固化土具有较高的无侧限抗压强度,对土壤中重金属离子Cd^(2+)也有较好的固结作用,能显著降低Cd2+的溶出.该土体硬化剂对土壤的固化效果主要源于其在土壤中能快速水化生成大量细长的水化产物钙矾石,并对土壤颗粒起到较紧密的胶结作用.

钢渣基胶凝材料在土壤固化中的应用研究

工业固废钢渣存在排放量大、利用率不足等问题,设计研究了一种钢渣基胶凝材料,并将其应用于土壤固化。对比探究了钢渣基固化土和水泥固化土的无侧限抗压强度、水稳定性、浸水膨胀率、抗干湿循环和抗冻融循环性能。综合考虑材料成本和性能,钢渣基胶凝材料的最佳掺量为7%。在此掺量下,钢渣基固化土的无侧限抗压强度高于水泥固化土,且随着钢渣的粒径减小,固化土的无侧限抗压强度提高;钢渣基固化土的水稳定性和抗干湿循环性能优于水泥固化土,浸水膨胀率相近,能满足一般工程应用的要求;而抗冻融循环性能均表现较差,无法满足严寒地区特殊使用的要求。

生物酶土壤固化剂在道路工程中的应用研究进展

生物酶固化剂作为一种环境友好的新型土壤固化材料,在路面地基材料加固方面具有重要的应用前景。本文概述了新型生物酶固化剂的性质及固化机理,并对生物酶固化剂在改良我国粉土、粉质黏土、淤泥土和膨胀土等不同土质中的具体研究和应用情况进行综述,指出了生物酶固化剂在路基应用领域存在的问题与未来发展的方向。

基于文献计量学的土壤固化剂研究进展与热点分析

为了探索近40年来“土壤固化剂”研究领域的发展状况、热门观点及研究进展,基于文献计量学,检索和筛选中国知网数据库(CNKI)中从1983-2023年收录的关于“土壤固化剂”研究的文献数据,协同VOSviewer可视化软件对文献数据进行统计分析。分析结果表明:经过筛选共分析文献766篇,40年来论文产出演化进程分为萌芽阶段、发展阶段、深化阶段;主要研究机构为西北农林科技大学、长安大学等,其中水利部水土保持生态工程技术研究中心的高建恩团队、中国地质大学的项伟团队、西北农林科技大学的樊恒辉团队发文量较高;发文量较多的期刊分别为北方交通、交通世界,而被引量较高的期刊为岩土力学;国内该领域以土壤固化剂的研究为主,衡量指标以无侧限抗压强度为主,以“土壤固化剂”、“固化剂”、“无侧限抗压强度”为代表的关键词分别出现346次、126次、90次;土壤固化剂领域内出现频次≥5的热点关键词组有效聚类分为4个聚类群,聚类标签分别为土壤固化剂、固化剂、无侧限抗压强度、固化机理;主题演化分析显示,生态友好、高效可行的土壤加固技术为当下最活跃的研究领域,深入土木工程、土壤科学、土壤物理学以及材料科学等领域交叉融合是未来土壤固化剂研究发展的方向。未来在土壤机理深入研究及绿色环保固化技术、高效固化剂开发、一体化固化技术等方面将成为研究热点,致力于不断寻找绿色高效的固化剂,达到提高固化土壤的效果和速度。

多源固废土壤固化剂固化粉土质砂力学性能试验研究

粉砂土易松散难压实,遇水易崩解,在填筑路基时易出现各种病害,严重影响公路的使用性能。采用水泥和石灰固化的粉砂土具有较高的强度和良好的路用性能,但水泥和石灰生产成本高且生产过程排放大量二氧化碳,环境污染严重。为改善粉砂土力学性能,降低固化成本及环境污染,将电石渣、粉煤灰等工业固废制备成固化剂,用于固化粉土质砂,并探究了固化剂掺量、压实度、养护龄期等因素对固化土力学性能的影响。试验结果表明:1)固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度随固化剂掺量的增大先升高后降低,10%固化剂掺量的固化土力学性能最佳;固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度都随压实度的增长而增加;2)固化剂掺量≥2%的固化粉土质砂,能满足《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)规定的上路床的填筑要求;3)固化剂掺量≥6%的固化粉土质砂,能满足《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)规定的底基层的强度要求。

多种固体废弃物基土壤固化剂的固化效果及机理研究

为了减少水泥的使用,提高固体废弃物的利用率,研究了3种固废基无机固化剂[SSC固化剂(75%矿粉+20%石膏+5%水泥)、SDG固化剂(60%矿粉+30%电石渣+10%石膏)、CDF固化剂(40%电石渣+30%粉煤灰+30%水泥)]对工程渣土的固化效果及无侧限抗压强度、水稳系数、吸水率、干湿循环等性能的影响。结果表明:固化剂加入后,固化土的最佳含水率增大,最大干密度减小;3种固化剂中,SDG固化强度最高,7、28 d无侧限抗压强度分别达到了4.96、5.42 MPa;SSC固化效果最差,尤其在早期,7 d无侧限抗压强度仅为2.16 MPa,同时其水稳系数仅为0.727;微观分析表明,SDG固化土相较于SSC及CDF固化土内部水化反应更完全,颗粒间更密实,结构更稳定。

软土地基加固用新型土壤固化剂的制备及性能研究

为了提高软土资源的利用效率,以丙烯酸酯BA、丙烯酸AA和苯乙烯St作为单体,以脂肪醇聚氧乙烯AEO-9和山梨醇酐单油酸酯SP80作为乳化剂,通过乳液聚合法制备了一种适合软土地基加固用的新型土壤固化剂PPG-1,并对其综合性能进行了评价。结果表明:土壤固化剂PPG-1的掺量越大,无侧限抗压强度、水稳定系数、抗冻指数和质量损失率就越大。养护龄期越长,无侧限抗压强度和水稳定系数就越大,固化处理效果就越好。推荐土壤固化剂PPG-1的最佳掺量为0.5%,能使目标固化土试样在养护7 d时的无侧限抗压强度值达到2.81 MPa,水稳定系数达到85.7%,并且经过冻融循环5次后的抗冻指数达到83.6%,质量损失率为小于5%,各项性能参数均能满足标准《土壤固化剂应用技术标准》(CJJ/T 286-2018)中对固化土性能指标的要求。新型土壤固化剂PPG-1能够显著改善软土样品的力学性能、耐水性能和抗冻性能,能够满足软土地基加固的需求。

水泥/石灰和土壤固化剂复合改良膨胀土试验研究

采用水泥/石灰和BJ-W土壤固化剂对安徽地区膨胀土进行了改良试验研究。依据液限、塑限和自由膨胀率试验初步选定改良膨胀土的配合比范围,并通过胀缩总率、无侧限抗压强度和稳定性试验,进一步分析了改良膨胀土的性能变化规律。试验结果表明,掺入水泥/石灰和BJ-W土壤固化剂复合改良中、弱膨胀土时,液限逐渐减小,塑限逐渐增大,自由膨胀率降低到40%以下,且胀缩总率低于0.7%;无侧限抗压强度和稳定性试验中,改良膨胀土的强度和水稳系数(>80%)显著增加,且经过5次干湿循环后,改良膨胀土的强度衰减率小于20%,膨胀土的反复胀缩特性显著改善。综合考虑改良膨胀土的胀缩和强度特性,采用水泥和BJ-W土壤固化剂复合改良膨胀土效果最佳,中膨胀土最优配合比为7%水泥和0.02%BJ-W土壤固化剂,弱膨胀土最优配合比为6%水泥和0.02%BJ-W土壤固化剂。

离子型稀土堆浸场地复合土壤固化剂正交实验研究

为解决离子型稀土堆浸场地边坡土壤稳定问题,研发新型环保土壤固化剂,对减少离子型稀土堆浸场地水土流失,稳定矿山边坡具有重要意义。采用3因素3水平的正交实验方法,设计了9组不同质量配比的复合土壤固化剂实验方案,并进行室内直剪实验测试加固土的抗剪强度,对直剪实验结果进行极差分析和方差分析。结果表明:复合土壤固化剂中硅酸盐水泥对提高固化土的黏聚力贡献最大,其次为水性聚氨酯和膨润土;膨润土在改善固化土内摩擦角方面优于硅酸盐水泥和水性聚氨酯。综合分析结果,对于离子型稀土堆浸场地,复合土壤固化剂以膨润土∶碳酸氢钠∶水性聚氨酯∶硅酸盐水泥∶水=10∶1∶10∶20∶100的质量配比可以达到良好的固化效果和经济效益。

离子型土壤固化剂改性淤泥排水固结试验研究

通过自主研制的真空预压与堆载预压模拟试验装置,对原状淤泥土样品与不同浓度离子型土壤固化剂(ISS)改性淤泥土样品开展了排水固结模拟试验,结合改性前后淤泥土样品的阳离子交换量、塑性指数和渗透系数变化数据,探讨了ISS改性淤泥加速排水固结过程的机理。试验结果表明:与原状淤泥土样品相比,经ISS改性后淤泥土样品的排水固结速度加快64.7%,最终固结沉降量增大13.4%,阳离子交换量降低66%,塑性指数下降38%,渗透系数提高2个数量级;ISS改性淤泥加速排水固结过程的机理包括两个方面,一是ISS的作用使土颗粒表面结合水量降低,黏滞性水膜减薄,转换为更容易排出土体的毛细水及自由水;二是土颗粒表面结合水膜减薄使大部分封闭的无效孔隙开放连通,成为有效的渗流通道,显著提高了土体的渗透性。

腐植酸丙烯酸酯接枝共聚物土壤固化剂的制备及其应用研究

以丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)和苯乙烯(st)为主单体,利用腐植酸(HA)接枝,制得土壤固化剂PAAB和PAAH,对其进行结构表征和应用性能测试。结果表明:(1)合成乳液稳定,粒径分布均匀;(2)固化土/水接触角、静水中团聚体稳定性、抗冲刷性均有明显增强效果;(3)随着养护龄期和固化剂掺量的增大,固化土试样的无侧限抗压强度呈现增大的趋势。适量加入生石灰和水泥,可以提高无侧限抗压强度值。加入土壤固化剂PAAH能显著提高土样的抗水和抗压性能,在路基施工领域具有广阔的应用前景。

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。

防膨型土壤固化剂制备及固化机理研究

为了确定防膨型土壤固化剂的最佳配合比,以固化土自由膨胀率为指标,最终确定防膨型固化剂的配合比为m(水性环氧树脂)∶m(碱激发剂)∶m(稳定剂)∶m(偶联剂)∶m(分散剂)∶m(氯化物)∶m(水)=25∶20∶1.5∶0.3∶0.3∶0.04∶52.86,此时固化土的自由膨胀率最小,为11%。XRD和SEM分析可知,固化机理主要有水泥水化水解反应,碱激发剂与水泥水化产物反应增强作用,稳定剂抑制膨胀土的水化膨胀、分散运移,水性环氧-偶联剂复合物水解聚合反应胶结、增强作用,氯化物抑制土的水化膨胀。路基试验段测试结果表明,养护7 d后路基固化土压实度可达92%~96%,弯沉平均值为104.5 mm,无侧限抗压强度为2.26 MPa,水稳定系数为84.1%。

固废基土壤固化剂对固化土延迟力学性能的影响

以矿渣、脱硫石膏、粉煤灰和水泥为原料,制备了固废基土壤固化剂。通过正交试验和控制变量试验优化了固废基土壤固化剂的配合比,并研究了延迟时间对固化土力学性能的影响规律。结果表明:水泥掺量对固化土无侧限抗压强度影响最大,其次是矿渣∶脱硫石膏,而矿渣∶粉煤灰对固化土无侧限抗压强度影响最小;固废基土壤固化剂的最优配合比为水泥掺量0.3%,矿渣∶脱硫石膏4∶1,矿渣∶粉煤灰3∶1;不同固废基土壤固化剂配合比和掺量下,固化土的无侧限抗压强度均随着延迟时间的延长而降低。最后,通过实际工程验证了该固废基土壤固化剂在施工延迟条件下的可行性。

土壤固化剂在建筑渣土中的应用

目前我国大力开展城市建设工作,在建设过程中产生的建筑渣土越来越多,因此对建筑渣土的资源化利用尤为重要。论文通过阐述土壤固化剂研究进展、分类及固化机理,分析土壤固化剂在建筑渣土中的应用,并通过试验表明使用固化技术处理建筑渣土可原地形成道路面层铺装材料,无需传统建筑材料二次成型加工。

SRR土壤固化剂改良土壤抗压强度试验研究

SRR土壤固化剂是一种新型土壤加固材料,本文基于对湖南省衡阳市锰矿矿渣土壤和株洲市黏性黄土土壤进行最佳含水率测试后,对比分析SSR土壤固化剂对土壤抗压强度的影响。筛选10 mm以下粒径土壤作为无侧限抗压强度标准小试件,在3%生石灰、5%的水泥、100 ml/m3 SRR土壤固化剂等不同材料的配合下,进行无侧限抗压强度对比试验研究。结果表明:SRR固化剂能减少锰渣土的吸水量,从而提高土壤自身强度,且提升幅度远高于水泥及生石灰;对于株洲黏性黄土,抗压强度的提升较小,但其强化效果仍强于水泥及生石灰。

一种蓄水型土壤固化技术在公路基层中的应用研究

伴随着国内“海绵型”城市建设概念的推广,透水路面的应用越发得到关注。但是在排水基层方面,目前国内外尚未取得足够成熟的研究成果。为了改善排水基层效果,文章采用江西路道环保科技公司的SRR-W型固化剂 石灰 水泥 颗粒土组成的混合料作为排水基层材料,结合现有技术规范,通过大量试验数据分析,从水力性能和力学强度两个方面验证了该技术方案的可行性,并展望该种新材料、新工艺在其他领域的应用前景。

上覆CRSS快速固化淤泥硬壳层厚度对淤泥地基承载特性的影响

复合型早强土壤固化剂(CRSS)具有快凝高强特性,利用自主研发的CRSS固化剂对表层淤泥快速固化并作为上覆硬壳层,通过模型试验研究不同上覆硬壳层厚度(3、6、9、12 cm)条件下硬壳层破坏形式、p-s曲线特性、弯沉盆形状以及土压力分布规律,在现有弯沉盆变形理论基础上,结合试验结果,对弯沉盆变形形状函数进行修正。研究结果表明:随硬壳层厚度增大,硬壳层破坏形式由对折破坏过渡到冲切破坏;硬壳层厚度越大,扩散作用越明显,极限承载力越高,沉降相应增大;与荷载板中心点不同距离的沉降位移可用弯沉盆形状描述,提出了修正的对数弯沉盆假设变形计算公式,比线性弯沉盆假设变形计算公式更合理;土压力从中心向外呈下降趋势,沿深度方向逐渐减小;随硬壳层厚度增大,土压力分布更均匀。

土壤固化剂用于城市道路基层的性能试验分析

为分析某2种土壤固化剂替代城市道路底基层的使用效果,以某市快速路新建工程为例,采用20 cm厚固化土替代原道路设计方案15 cm级配碎石+5 cm水泥稳定碎石层(部分基层)。通过对加入土壤固化剂之后的固化土基层的含水率、干密度、无侧限抗压强度、抗冻性等指标进行实验分析,并对固化土的应力和沉降进行长期监测后,分析认为该2种固化剂具有良好的力学性能和路用性能。同时,对比级配碎石层、水稳层,分析得出固化剂具有良好的经济效益,但施工工效上各有利弊。

较高含水率条件下土壤固化技术应用研究

为解决土壤固化技术应用过程中不良土质含水率超标时处理困难的问题,对道路工程中高液限黏土的固化处理技术进行了研究,探索了在较高土壤含水率条件下采用不同固化方方案的可行性。对钨尾矿微粉处理、固废基粉状固化剂处理、离子型液体固化剂处理3种处理方式在不同配比和不同含水率条件下的7 d无侧限抗压强度进行了研究,并对作用机理进行了分析。结果表明:在成本可控的前提下,加入尾矿微粉、粉体固化剂和液体固化剂分别能在土壤含水率不超过25%、50%、23%的条件下进行有效的固化处理,其中液体固化剂加水泥进行固化工期更短,工艺和设备更为成熟。根据试验结果和机理分析,最终选择0.03%离子型液体固化剂加5%水泥的固化方案在某高速公路服务区匝道土壤固化垫层项目进行了应用,应用效果良好。