纳米MgO-石灰固化黄土路基的力学性能研究

纳米MgO具有不同于传统固化剂的独特性质,在土体固化方面受到了广泛关注。以纳米MgO和石灰综合固化的黄土为研究对象,通过无侧限抗压强度试验、回弹模量试验、承载比试验,对不同固化剂掺量和养护龄期的固化黄土试样的力学性能进行了研究。结果表明:石灰质量分数为3%、纳米MgO质量分数为0.3%~0.6%的固化黄土可兼顾经济、环保及工程性能等多重要素;随着养护龄期的增长,无侧限抗压强度、回弹模量及承载比均逐渐增大,养护前期(14~60 d)固化黄土力学性能指标的增长速度快于养护后期(90~180 d)。通过对试验数据的回归拟合,建立了无侧限抗压强度、回弹模量和承载比的力学指标预测模型以及它们之间的关系,为纳米MgO和石灰综合固化黄土路基工程的设计和质量评估提供了参考。

赤泥-矿渣基地聚物固化黄土冻融后力学特性研究

本文通过击实试验获得了不同赤泥掺量、水玻璃模数、水玻璃掺量条件下地聚物固化黄土的最大干密度和最佳含水率;基于最佳含水率结果制作试块并开展地聚物固化黄土冻融循环试验,测试了固化黄土试块的质量损失和无侧限抗压强度,分析了地聚物组成对固化黄土试块抗冻性能的影响。结果表明:地聚物固化黄土试块的最大干密度均小于素黄土;掺入适量地聚物能够有效提升黄土的抗冻性能,且固化黄土的无侧限抗压强度均大于素黄土,最高可达0.7 MPa;随着赤泥掺量增大,固化黄土试块的无侧限抗压强度降低;随着冻融次数增加,固化黄土试块的无侧限抗压强度先减小后增加,最终趋于稳定。

固化黄土的干湿循环特性研究

抗干湿循环能力是检验固化土耐久性能的重要指标，研究固化黄土的干湿循环特性具有较重要的意义。本文利用高分子材料SH固化剂对黄土进行固化改良，就固化黄土抗压和抗剪强度受干湿循环变化的影响开展室内模拟试验研究。试验结果表明：SH固化黄土试样经过干湿循环后，强度整体下降，但是仍远高于素黄土强度。随干湿循环次数的增大，抗压强度呈指数衰减，SH掺量增大，循环后的强度损失减小，质量损失率非常小，完整性良好。抗剪强度随干湿循环次数的增大而减小，干湿循环对SH固化黄土的黏聚力影响明显。不同掺量的SH固化黄土试件经3次干湿循环黏聚力下降，第4次循环后略有增大再下降，经多次循环下降平缓。经3～4次干湿循环的固化黄土试件的内摩擦角均有不同程度的降低，随后基本趋于稳定。由于增湿与脱湿过程中水分质量的变化，试样的质量和体积呈波状起伏变化。对掺量为10％的固化黄土应力应变关系分析得出其应变具有硬化特征。大于10％的SH固化黄土干湿循环之后仍然保持较高和较稳定的强度，能抵抗15次干湿循环，进一步说明了SH固化黄土的水稳性良好。SH固化剂在运用于黄土抗干湿循环方面具有明显的作用，因而具有较广阔的应用前景。

复合改性水玻璃固化黄土冻融特性试验研究

在我国季节温差变化较大的西北地区广泛分布着大量的黄土地层,强烈的冻融作用引起土体结构发生破坏,导致路基和边坡失稳;因此探求在冻融环境下新型岩土加固方式具有重大意义。研究了冻融循环条件下复合改性不同波美度水玻璃固化黄土的无侧限抗压强度、质量损失和微观结构等力学特性的变化。探讨了冻融循环对复合改性水玻璃固化黄土工程特性的影响。试验结果表明:复合改性水玻璃与未改性水玻璃固化黄土样的质量损失、强度损失与冻融循环次数存在一定相对值。冻融循环初期,冻融作用对复合改性水玻璃固化样强度有一定的补强作用;随着冻融循环次数的增多,强度随之减小;多次冻融循环后,试样微结构中部分骨架颗粒或晶体出现断裂,微结构出现损伤或破坏,固化样强度降低,甚至丧失。

含水率和干密度对固化黄土抗剪强度的影响

固化黄土的强度受固化剂种类及掺量、含水率和干密度等因素的影响。以新型高分子材料SH固化剂固化黄土为研究对象,制作固化体试件,通过直接剪切试验,分析不同含水率和干密度条件下固化黄土的抗剪强度特性,并与黄土进行对比。结果表明:在固化剂掺量一定的情况下,含水率和干密度是影响固化黄土抗剪强度的两个主要因素,随着含水率的提高,固化黄土的抗剪强度指标降低,即黏聚力和内摩擦角明显减小;随着干密度增大,黏聚力及内摩擦角显著增大;黏聚力随含水率和干密度变化的幅度均大于内摩擦角的。分别得到了固化黄土黏聚力和内摩擦角与含水率、干密度的量化关系式。黄土的抗剪强度指标也有与SH固化黄土类似的变化规律。固化黄土的剪应力与剪切位移关系曲线表现为硬化型,而黄土则呈现弱应变硬化现象,在较低含水率条件下呈脆性剪切破坏。

固化黄土渗透特性的试验研究

以取自于山西不同地点的两种黄土为研究对象,选用水泥、生石灰、高分子材料SH固化剂及组合进行加固处理,通过变水头渗透试验,测定了素黄土及加固黄土在设计干密度下的渗透系数,并探讨渗透试验条件下各种影响因素对其渗透特性的影响规律。结果表明:两种黄土经重塑压实后的渗透系数均较小,黄土1略大于黄土2,基本能满足渠道等工程的防渗要求;对于防渗要求比较高的黄土工程,用水泥、生石灰和SH均可进一步改善其抗渗性,固化黄土后的渗透系数减小,固化黄土的渗透系数随着固化剂掺量和养护龄期的增长而减少。生石灰与SH相比,生石灰对固化土的渗透性影响更大。

工业废渣复合固化黄土强度特性及影响因素研究

工业废渣配合水泥用于土体固化能有效增加土体强度,提高废渣利用率,具有明显的经济效益和环保效益。将粉煤灰-脱硫石膏-水泥三元凝胶体系运用于黄土固化,使用和NaOH作为活性激发剂形成复合黄土固化剂,通过正交试验以无侧限抗压强度为标准判断固化剂各组分对强度的影响程度,并选取最优掺入比。使用最优掺入比研究了黄土含水率、水灰比和早强剂对复合固化黄土强度的影响,并与水泥黄土进行比较。结果表明:复合固化黄土中后期强度增长率高,90 d强度达到6.85 MPa,相当于20%水泥掺入比的水泥黄土90 d的强度;复合固化黄土的含水率在20%左右时各龄期强度最高。三乙醇胺和水玻璃可用作复合固化黄土早强剂。XRD衍射图谱和SEM微观结构印证了复合固化黄土固化原理和强度规律。

石膏碱激发地聚物固化黄土强度及机理

为探究石膏碱激发粉煤灰地聚物固化黄土的力学性能及其机理,确定最佳组分比,进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)分析.结果表明,固化黄土的强度随石膏掺量的增加而增大;石膏掺量质量分数为1.5%,熟石灰∶粉煤灰(质量比)=7∶14时,强度最大;XRD分析结果表明石膏碱激发地聚产物主要为水化硅酸钙和钙矾石,起到胶结土颗粒以及填充的作用;SEM分析进一步证明固化土体微观结构的完整性和连续性由于地聚物的生成得到提升,印证了强度规律及固化原理,为实际工程应用提供了参考.

石灰固化黄土的比表面积和离子交换能力研究

为了研究在相同养护时间下不同掺入比生石灰固化黄土的比表面积(SSA)和离子交换能力(CEC)的变化规律,用亚甲基蓝吸附法测定了养护7d固化黄土的比表面积和阳离子交换能力,根据比表面积和粘土的含量计算固化黄土的活动性和分类值。结果显示随着生石灰掺入量的增加,固化黄土的比表面积、离子交换能力、活动性指数和分类值逐渐降低,在掺入比为5%时SSA和CEC出现了转折点。对其比表面积和阳离子交换能力、活动性指数相互关系进行讨论。结果揭示加固黄土中聚粒的形成以及大孔隙的增加降低了天然黄土的比表面积和阳离子交换能力,优势孔径和孔隙率的变化特点可能是SSA和CEC在掺入比为5%时出现转折点的原因。

养护时间对石灰固化黄土化学性质的影响

利用多功能水质监测仪对黄土进行石灰固化试验,研究养护时间对石灰固化黄土化学性质的影响。通过测定不同养护时间(14d、28d、60d)的化学性质指标,分析养护时间对石灰固化黄土氢离子浓度指数(p H)、总溶解固体(TDS)、可溶盐浓度(EC)、氧化还原电位(ORP)的影响。为更准确进行研究,试验设置两组不同浓度的土水比。综合分析得到:随养护时间增长,石灰固化黄土的p H值单向降低,但一直呈碱性;总溶解固体(TDS)、可溶盐浓度(EC)、氧化还原电位(ORP)三者随养护时间增长呈非线性变化且具有相关性,均为先升高后降低,在28d时达到峰值,但变化幅度不同;不同土水比对石灰固化黄土的化学性质指标变化趋势无影响。

水泥硅微粉固化黄土的无侧限抗压强度试验研究

以固原黄土高原地区某路基黄土为研究对象,采用水泥、硅微粉对黄土进行工程性能改良。利用掺量分别为2%、4%、6%的水泥和掺量分别为5%、10%、15%的硅微粉对黄土进行固化;并分别进行了龄期为7 d、28 d和90 d的无侧限抗压强度试验。试验结果表明:固化黄土的无侧限抗压强度随着水泥、硅微粉的掺量增加呈现先增加后减小的趋势,得出了4%水泥,10%硅微粉为固化黄土的最优配比;分析了水泥、硅微粉的掺量、养护龄期与固化黄土的无侧限抗压强度之间的影响关系,为利用水泥、硅微粉固化黄土提供了理论依据和借鉴。

碱激发剂对地聚物固化黄土工程特性的影响

为了解决传统的黄土固化剂强度耐久性及环保性差的问题,通过击实试验、无侧限抗压强度试验、直剪试验和崩解试验研究了不同模数和波美度的水玻璃碱激发粉煤灰基地聚物固化黄土的工程特性,结合扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、物理吸附试验分析了固化黄土的微观结构.试验表明:随着水玻璃模数降低、波美度增大,固化黄土最优含水率线性降低,最大干密度增加,且模数较波美度对击实特性的影响更显著;固化黄土的抗压强度增大,黏聚力增大. 1.5模数、30°Bé时抗压强度为3.42 MPa,黏聚力为548.17 kPa;同时,崩解性减弱,吸水性降低;微观结构上,水玻璃碱激发粉煤灰生成的硅铝酸钠等凝胶产物包裹充填于土颗粒间,相互胶结形成空间网状结构,改善了孔径分布与孔隙结构.水玻璃模数越小、波美度越高,固化黄土的平均孔径越小,比表面积越大,2~4 nm的纳米级孔隙体积越大.

CaO改性赤泥固化剂固化黄土的力学性能研究

为研究CaO改性赤泥固化剂固化黄土的力学性能,对不同赤泥掺量、不同养护龄期的固化土进行无侧限抗压强度测试,分析了强度随赤泥掺量、养护龄期的变化规律,提出了赤泥强化因子和龄期强化因子,揭示了无侧限抗压强度的变化机理。结果表明:随着赤泥的增加和养护龄期的增加,无侧限抗压强度逐渐增大;强度随赤泥掺量的增加符合二次函数变化,随龄期的增加符合线性变化规律;当赤泥掺量达到45%~60%时,强度在此区间达到最大值;应用赤泥强化因子和龄期强化因子分析,发现在28~90 d龄期且赤泥掺量为30%~60%时,强度相比水泥固化土可提高2.5~4倍。

瓜尔豆胶固化黄土的工程特性及抗冲蚀试验研究

为了减少暴雨冲刷条件下黄土边坡侵蚀的发生,提出采用瓜尔豆胶固化黄土对边坡坡面进行防护。基于直剪试验、渗透试验以及模拟暴雨边坡冲刷试验,研究了瓜尔豆胶固化黄土的工程特性及抗冲蚀能力,并对比素黄土与固化黄土的微观结构,探讨了瓜尔豆胶对黄土的加固机制。试验结果表明:瓜尔豆胶可有效增强黄土的抗剪强度和抗渗透性,固化黄土的黏聚力和内摩擦角呈现相同的变化趋势,即随瓜尔豆胶掺量增加而先增加后减小,随养护龄期增长而增加,饱和渗透系数随瓜尔豆胶掺量增加和养护龄期增长而减小;瓜尔豆胶掺量1.0%,养护龄期7 d的固化黄土相比于素黄土,黏聚力和内摩擦角提升了53.7%和5.6%,饱和渗透系数降低了78.3%;瓜尔豆胶固化黄土在暴雨冲刷条件下的坡面防护效果明显,相比于无防护边坡,坡面的累计冲刷量降低了64.4%,平均流速提升了55.2%;瓜尔豆胶对黄土的加固机制主要在于其水化反应产生的高黏度水凝胶能够填充孔隙和胶结黄土颗粒。本研究可为瓜尔豆胶固化黄土在边坡坡面防护工程中的应用及推广提供试验支撑。

双聚材料固化黄土直接剪切性能研究

为了改善黄土地区边坡侵蚀现象,针对双聚材料对黄土的固化作用,开展室内试验,研究在极端干旱和极端饱水条件下固化黄土的力学性能,并辅助以调控土体干密度,以确保实验结果的准确性以及趋势正确性。结果表明:材料掺加能增大土样饱和含水率,随密度增加先增大后减小;在极端干燥和完全饱水条件下,相比固化土,黏聚力和内摩擦角都远大于未固化土,其中在饱和时材料对内摩擦角的作用最为明显;根据力学性能和综合因素考虑,材料掺量为0.34%最优。

水泥-矿渣固化黄土的抗剪强度探讨

黄土中添加一定数量的水泥和矿渣不仅能改良黄土的力学性能,而且实现了废料的再利用,因而水泥-矿渣固化黄土广泛用作各类基础设施的建设材料。采用三轴剪切试验手段,研究水泥-矿渣固化黄土的强度特性。试验结果表明:三轴剪切过程中偏应力峰值和固化黄土中无机结合材料的掺量有关,水泥-矿渣掺量越多偏应力峰值越大;水泥-矿渣掺量增加时,压缩过程中平均法向有效应力的峰值越大;固化黄土的屈服应力面随水泥-矿渣掺量的增加而增大。所得结果为水泥-矿渣固化黄土的设计施工提供借鉴。

纳米二氧化硅-石灰固化黄土路基力学性能及微观机理

黄土固化方法一直是黄土地区路基工程中的研究热点,纳米二氧化硅是具有小尺寸效应、表面能效应及火山灰效应的无机絮状硅化物,其在土体固化方面受到了广泛关注。为研究纳米二氧化硅对石灰固化黄土力学性能的提升效果和力学性能的改善机理,设计了3%石灰固化黄土、3%石灰+纳米二氧化硅综合固化黄土、8%石灰固化黄土3类试样,开展了3类试样的无侧限抗压强度试验、回弹模量试验、加州承载比(CBR)试验及SEM试验,研究了固化材料掺量、养护龄期对黄土路基力学性能和微观结构的影响。结果表明,纳米二氧化硅的掺入快速提高了黄土的无侧限抗压强度、回弹模量和CBR值;掺入0.2%纳米二氧化硅+3%石灰与掺入8%石灰相比两类固化黄土具有相同的力学性能;随着纳米二氧化硅掺量和养护龄期的增加,固化黄土路基的强度逐渐提高;通过试验数据的回归拟合建立了无侧限抗压强度与回弹模量、CBR值之间的关系;SEM结果显示,纳米二氧化硅的掺入改善了土颗粒的团聚方式、填塞了土颗粒间的孔隙,从而提高了黄土路基的力学性能;综合考虑无侧限抗压强度、回弹模量、CBR值及经济性,推荐综合固化黄土的配合比为3%石灰+0.2%纳米二氧化硅。纳米二氧化硅-石灰固化技术为黄土路基提供了一种环境友好、成本较低的固化方法。

矿渣-水玻璃固化黄土的特性研究

通过强度、吸水率、软化系数及扫描电镜(SEM)等测试分析,研究了矿渣-水玻璃对黄土固化性能的影响。测试结果表明:水玻璃激发矿渣产生的凝胶能充分填充于黄土骨架中,并胶结黄土颗粒,减少其内部架空结构及空隙,使材料整体结构致密,吸水率降低,耐水性增强。当水玻璃掺量为35%时,所制备的固化黄土材料成型较好,不易产生气泡、裂纹等缺陷。综合数据分析:固化黄土材料的抗压强度随矿渣掺量的增加而提高,随水玻璃模数增大先提高后降低。在水玻璃模数为1.8,水玻璃掺量为35%,矿渣掺量为50%,制备的矿渣-水玻璃固化黄土材料28 d抗压强度为29.95 MPa、软化系数为0.94、吸水率为7.2%,可取代普通硅酸盐水泥混凝土用于边坡防护,路基填料等工程。

抗疏力固化剂改性黄土物理力学性质试验研究

研究目的:使用改性材料(固化剂)是黄土地基加固处理的常见方法,但传统改性材料存在一定问题,如石灰改性土的强度相对较低,且耐水性较差;水泥改性黄土的收缩性大,容易开裂,且会对环境造成一定的影响。因此,寻求环境友好、性能优良的土壤固化剂来解决传统改性材料存在的不足,对改性黄土具有重要意义。本文对抗疏力固化剂改性黄土进行试验研究,同时与水泥和石灰改性黄土进行对比分析,通过无侧限抗压强度、崩解及SEM等试验研究固化剂掺量和养护龄期对黄土强度、水稳性及微观结构的影响。研究结论:(1)抗疏力固化剂改性黄土的强度随着固化剂掺量和养护龄期的增加而增大,当养护龄期为28 d时,随着固化剂掺量的增加(1%~5%),抗疏力改性黄土的强度由55 kPa增长至95 kPa,其中5%抗疏力改性黄土的强度介于水泥改性黄土(370 kPa)和石灰改性黄土之间(71 kPa);(2)改性黄土的水稳系数和抗崩解性随着固化剂掺量的增加而不断提升,随着固化剂掺量的增加(1%~5%),抗疏力改性黄土的水稳系数由0.13提升至0.36,5%抗疏力改性黄土的水稳性介于石灰改性黄土(0)和水泥改性黄土(0.75)之间;(3)抗疏力固化剂显著提升了土体的斥水性;(4)随着固化剂掺量的增加(1%~5%),抗疏力改性黄土的渗透系数由0.63×10^(-6)cm/s降低至0.36×10^(-6)cm/s, 5%抗疏力改性黄土的渗透性介于石灰改性黄土(0.88×10^(-6)cm/s)和水泥改性黄土(0.32×10^(-6)cm/s)之间;(5)SEM图像显示,随着抗疏力固化剂掺量的提高,土体内部的大孔隙明显减少,土颗粒之间的连接更加紧密,分布更为均匀;(6)本研究成果可为黄土地区地基加固处理提供参考。

黄土固化技术在道路工程路基施工中的应用

本论文旨在探讨黄土固化技术在道路工程路基施工中的应用。介绍了黄土固化技术的基本原理,包括黄土固化的基本原理和常用的黄土固化方法。分析了黄土固化技术的优点,如提升路基稳定性、减少对土石方的需求以降低工程成本,并缩短施工周期以提高工程进度。同时,也探讨了该技术面临的挑战。最后,通过具体案例分析,展示了黄土固化技术在道路工程路基施工中的具体应用,进一步验证了其在提高路基质量和工程效率方面的价值。