软土固化材料研究进展

随着对软土固化材料研究的不断深入,其在土壤固化领域的应用受到了广泛的关注。软土固化材料是一种节能环保的工程材料,用其处理软土可有效解决施工难、耗时长和成本高的问题,且具有工程适应性强、用量少、绿色环保等特点,应用范围十分广泛。为明确软土固化材料对土壤的加固机理和增强效果,本文回顾了近年来不同种类软土固化材料的研究进展,介绍了无机、有机、生物酶和离子4类软土固化材料的固化机理,对这4类固化土的无侧限抗压强度、抗剪强度等力学性能,以及在水稳定性、干湿循环和冻融循环等条件下的稳定性进行总结。在此基础上,本文归纳了软土固化材料的优缺点和适用范围,并结合现有研究指出有待进一步探讨的问题,为软土固化材料的未来发展提供参考。

HR软土固化剂的研制与工程应用

本文聚焦HR软土固化剂的研制与工程应用,重点探讨HR软土固化剂的主剂和辅剂的配合比及研发过程。通过室内试验和原位试验,对照性地评价软土在HR软土固化剂与水泥作用下的固化效果,观察土体在固化剂作用后力学性能的变化情况。试验结果表明:与水泥固化土相比,HR软土固化土的力学性能表现出显著优势。在相同固化时间内,HR软土固化土抗压强度均强于水泥固化土;从环境保护和经济效益层面出发,使用HR软土固化剂代替传统水泥进行软土固化,可极大减少水泥用量,该举措不仅降低了二氧化碳排放,而且大幅降低了工程造价。该研究对于软土地基处理工程、以软土为基材的预拌固化土具有重要的指导意义。

水泥固化土固化机理及抗冲刷特性

为了完善水泥固化土抗冲刷性能方面的研究,使水泥固化土在水下结构防护中得到应用,在砂土和黏土中分别掺入水泥和与液体固化剂,采用土体冲刷函数测定仪(EFA)对水泥固化土开展了抗冲刷性能试验。在分析砂土和黏土的固化作用机理基础上,研究了固化剂和固化时间对水泥固化土抗冲刷性能的影响。研究结果表明:水泥固化土的强度随固化时间的增长而增大,黏土的强度快速增长阶段要早于砂土;固化剂可以有效提高土体的起动切应力,同时可以大幅减小土体的冲刷速率,明显提高了土体的抗冲刷强度;起动切应力的增长速率随固化时间增长逐渐减缓,存在临界最大值。根据起动切应力的变化特征提出了水泥固化土起动切应力预测模型,经试验数据对比,该模型可以较好地预测水泥固化土的起动切应力随固化时间的变化规律。

新型软土固化剂用于地铁盾构尾泥固化处理的应用分析

随着地铁建设的快速发展,盾构机产生的大量尾泥软土的处理成为了一个具有挑战的问题。以工业固废为主要材料制备了一种新型软土固化剂,对广州某线路的地铁盾构尾泥进行了固化处理试验,并以传统水泥为对照组,对固化后的固化土开展了抗渗性、无侧限抗压强度和重金属浸出浓度测试。试验结果表明:使用新型软土固化剂固化盾构尾泥后,其抗渗性、无侧限抗压强度和重金属浸出浓度均符合工程施工需求,且试验所使用的新型软土固化剂在各项性能测试中的表现均明显强于传统水泥。现场施工验证了新型软土固化剂固化地铁盾构尾泥的可行性,其有助于环境保护,符合可持续发展策略。

黄土固化剂及固化土养护液的配方优化研究

为提高土体固化剂加固新疆伊犁州黄土的固化效果,通过正交试验及AHPCRITIC主客观综合赋权法,进行黄土土体固化剂及固化土养护液配方优化试验,优化结果为:得到土体固化剂及固化土养护液的配方及各组分的优属度,在12%水泥掺量条件下,MBER土体固化剂的最优配合比为9%石灰、2%石膏、0.3%硫酸钠、0.3%硅酸钠、0.3%明矾、1.2%减水剂,其7d龄期的饱水无侧限抗压强度为3.23MPa,干燥无侧限抗压强度为10.23MPa,软化系数为0.32;固化土养护液的最优配合比为0.10 mol/L碳酸氢钠溶液、0.04mol/L硫酸钠溶液、2%纳米二氧化硅溶胶,其3d、7d和14d的饱水无侧限抗压强度分别为1.88MPa、3.76MPa和5.22MPa,其7d无侧限抗压强度相较于标准养护及纯水养护分别提高16.43%和13.00%,具有明显效果。

板墙组合式软土固化地基沉降特性与设计参数优化

软土固化是近年来开始广泛使用的地基处理方法之一,如何综合考虑安全性和工程造价,实现固化土地基的优化设计是工程中普遍关注的问题。本研究以浙江省台州市经纬110 kV滨海变电站场地为研究对象,提出适用于变电站场地荷载特性的板墙组合式固化地基处理方式,通过现场勘察与室内实验,测定典型软土和固化土物理力学参数,建立场地三维数值模型,计算不同板墙组合方案对应的工后沉降与孔隙水压力变化规律,分析板墙组合式固化地基处理方式在控制沉降方面的优势。在分析地基沉降演变过程基础上,以控制地基沉降和固化成本为优化目标,确定板墙组合式固化地基的最优设计参数为固化剂掺量4.5%,固化板厚度3.0 m,固化墙厚度2.0 m、深度7.0 m。研究发现固化剂掺量的增加,显著增加了固化土单轴抗压强度与抗剪强度,但最大沉降值几乎不受固化剂掺量影响。固化墙通过限制下伏软土的侧向变形,减小了超静孔隙水压力消散速率和地基工后沉降变形速率。

机械粉磨对岩土固化用无熟料胶凝材料性能的影响

利用稻壳灰、CFB脱硫灰、钢渣协同制备一种无熟料水硬性无机胶凝材料,可替代水泥用于岩土固化。为提高这种胶凝材料的活性及其他性能,研究经机械粉磨后胶凝材料的性能变化及其机理。结果表明:随着粉磨时间增加,胶凝材料的粒度分布曲线由多峰分布转变为单峰分布,标准稠度用水量减少,凝结时间缩短;水化诱导期的结束时间和第2放热峰出现时间明显提前,累积放热量增加;砂浆试件的早期抗压强度和自收缩显著增加;采用无熟料胶凝材料制备流态固化土,其初始流动扩展度随粉磨时间增加而增加,经时损失加快;机械粉磨对固化土的早期强度影响不显著,后期强度则呈现先增加后降低的趋势。采用该无熟料胶凝材料制备流态固化土,能满足一般回填工程的强度要求。

离子土固化剂改良膨胀土的机理研究

以河南安阳典型弱膨胀土为研究对象,分别对素土及离子土固化剂(Ionic Soil Stabilizer,简称ISS)改良土进行一系列的理化试验研究,通过标准吸湿含水率试验分析土体吸湿持水能力的变化;通过X射线衍射、傅立叶红外光谱测试、阳离子交换量及可交换阳离子成分测定、Zeta电位、比表面积,扫描电镜试验分析土体矿物组分、晶体结构、电化学性质及表面属性等反映土体胀缩本质因素的变化规律。试验结果表明:膨胀土经离子土固化剂处理后,吸湿持水能力下降,膨胀能力变弱,土样矿物成分未发生明显变化,但蒙脱石类矿物d001晶层间距变小,层间水合度降低;通过离子交换,ISS置换出膨胀土体颗粒表面亲水性阳离子,促使土体阳离子交换量减小,可交换阳离子主要成分为Ca2+;改良土体ξ电位降低,土颗粒间连接力增强,比表面积减少。ISS改良机理可解释为通过离子交换,吸附,包裹等一系列复杂的表面物化反应,降低黏土矿物晶层间"水敏性",改变土颗粒表面的双电层结构,促使结合水膜厚度减薄,从而降低了土体的膨胀性,水稳定性。

离子型土固化材料对膨胀土的加固机理试验研究

采用离子型土固化材料对广西南宁膨胀土进行化学加固,通过试验获得不同配合比加固土的化学成分、阳离子交换量和比表面积,对加固土的物理化学性质等进行表征。同时利用扫描电镜观察加固土的微观形貌,并试验测试加固土的膨胀性和强度特性,探讨离子型土固化材料对膨胀土的加固机理。结果表明:离子型土固化材料使得膨胀土的阳离子交换能力和比表面积显著降低,土对水的吸附能力减小,土的结构稳定性得到增强;离子型土固化材料与石灰共同作用,使得膨胀土的层状结构形式改变为粒状结构,土粒之间的联结增强,土-水之间的相互作用体系发生改变,土的胀缩总率和塑性指数明显减小,土的强度和水稳定性得到有效的提高。

离子土固化剂加固滑坡滑带土的试验研究

研究开发快速经济和行之有效的滑坡治理方法与理论,一直是各国滑坡防治研究工作的重点.本试验研究使用一种经济适用的离子土固化剂(Ionic Soil Stabilizer,简称ISS)对提高滑带土的抗剪强度进行了探索.滑带土首先通过ISS不同配比水溶液的处理,然后进行阿太堡试验、剪切试验、固结试验和自由膨胀率试验.试验结果表明:滑坡滑带土在加入离子土固化剂后,土的塑性指数降低,粘聚力提高,孔隙比和自由膨胀率减小.其机理为:在以粘性土为主的滑带土中加入离子土固化剂,通过物理化学原理,它能取代吸附在粘土表面的可交换性阳离子,改变粘土颗粒表面的双电层结构,减小结合水膜厚度,将滑带土的亲水性改为憎水性,从而提高滑带土的抗剪强度.

离子土固化剂加固堤坝道路路面的路用性能

结合广东湛江地区志满水库引水渠道离子土固化剂(ISS)加固土堤坝道路路面试验工程,开展ISS加固土堤坝道路路面的路用性能研究.通过室内试验,得出ISS加固土的压实特征、强度特征和水稳定性,提出固化材料配合比设计主要根据混合料的强度及水稳性来确定的设计原则,试验得出加固现场含砂与干土的质量比,下同高液限粉土的加固材料最佳配合比为每立方米土中掺加0.3L ISS和6%的石灰.通过修筑试验路,总结ISS加固土路面施工组织方法和施工工艺,对比研究厂拌法和路拌法施工工序、加固效果和经济效益.研究表明:ISS加固土路面具有较好的承载能力、平整度、耐久性和水稳定性,可就地取材,施工方便,造价低.

离子土固化剂固化淤泥的微观机理研究

采用离子土固化剂对武汉典型淤泥进行化学加固,通过阿太堡界限试验获得不同配合比加固土的塑性指数;对离子土固化淤泥前后的样品开展了压缩性能、微观结构、比表面积、化学成分、能谱分析和阳离子交换等试验,研究离子土固化剂对淤泥加固的宏观表现与微观作用机理。试验结果表明:经离子土固化剂处理后的淤泥压缩性减小,孔隙变小,离子土固化剂促使土颗粒之间聚集、凝结,团聚体明显增大,比表面积减小,比表面能降低,土体结构更致密。淤泥固化前后其化学成分并没有发生改变,离子土固化剂与淤泥胶体颗粒表面的反离子层发生了阳离子交换反应,固化剂稀释液中部分K+、Na+离子被淤泥土截获吸附,黏土颗粒表面的Ca2+、Mg2+离子被解析出,使扩散层厚度变薄,ξ电势降低,黏土胶体颗粒聚结,提高了土颗粒之间的联结强度和稳定性,从而达到土壤改性加固的目的。

根据土样性质指标进行软土固化剂设计的方法

根据固化土结构的形成模型,提出了加固软土的固化剂应分别产生胶结土颗(团)粒的胶结性水化物和填充孔隙的膨胀性水化物,进而,建立了根据土样的性质指标确定固化剂组分与掺入比的计算公式。试验证明:对不同的典型土样,利用该公式计算得到的固化剂各组分的掺入比与试验得到的结果比较接近,且按本设计方法配制出的固化剂加固效果优于水泥加固的效果。

高分子土固化剂的合成及固化机理研究

选取丙烯酸等乙烯基单体为主体经高分子聚合反应合成出了一种新型土固化剂。固化土的力学性能显示出该土固化剂有很好的固化效果。通过傅立叶变换红外光谱 (FTIR)等分析测试手段对合成土固化剂的结构、固化性能及固化机理进行了初步探索。发现合成的土固化剂的固化性能存在分子量依赖性 ,其理想的特性粘数的范围在 0 30 - 0 4 0dl

软土固化剂优化设计方法探讨

提出了一个固化土结构形成模型,根据此模型讨论了形成最佳固化土结构所需要的水化物种类;探讨了土的化学性质因素对固化土中水化物生成的影响,并给出了解决办法;在此基础上,提出了根据不同土样的性质指标设计软土固化剂的方法。

利用工业废渣制备软土固化剂的可行性探讨

就如何高附加值地利用工业废渣制备软土固化剂进行了技术效果、经济效益及生产方式等方面的可行性探讨。基于固化土结构形成过程的特点及其对固化剂组成的特殊需求,提出了利用工业废渣制备固化剂的设计思想,给出了固化剂配比实例,与水泥进行了性价比对比分析,并初步探讨了利用工业废渣产业化生产固化剂宜采取的生产经营方式。认为只要能根据形成固化土结构对固化剂组成材料的特殊需求针对性地选择适当的工业废渣,就能够制备出高性价比的软土固化剂;宜根据拟加固土的性质个性化设计制备固化剂,采用多组分组配式生产方式以及设计、生产、销售一体化的经营模式。

EN-1型离子土固化剂固土效果对比研究

采用EN-1型离子土固化剂对武汉河湖相淤泥质土和宁德海相淤泥进行了固化试验研究,并与文献报导的采用同种EN-1型固化剂的不同土样进行对比分析,讨论固化效果与土样之间的关系。对比研究表明:尽管单掺EN-1型固化剂对各类土均能起到固化作用,可降低土的压缩系数、比表面积与自由膨胀率,提高其无侧限抗压强度和粘聚力等,但对酸性土效果更佳;对于单掺EN-1达不到固化要求的土样,可采用复掺EN-1和水泥、粉煤灰等传统碱性材料的方法,由于酸、碱固化剂之间的相互抑制反应,为保证水泥、粉煤灰的效应发挥,可以加入碱化剂(如NaOH)调节酸碱度环境,保证固化效果。复掺EN-1不仅可以节省传统固化材料(如水泥、粉煤灰)的用量,同时还能提高固化土的强度。

离子土固化剂加固红黏土的X射线衍射试验

红黏土不良物理性质与良好的力学特性之间的矛盾所带来的工程问题正引起学术界与工程界广泛的关注。采用离子土固化剂(ISS)加固武汉市汉阳区的红黏土,能够有效地改变其物理性质与力学性质。为了研究经过离子土固化剂处理前后的红黏土物相组成及黏土矿物晶面间距的变化,采用西门子D5000 X射线衍射仪,对红黏土在Mg2+饱和、K+饱和、甘油饱和及在550℃加热条件下进行了X射线衍射实验。结果表明,经过离子土固化剂处理过的红黏土,其物相没有明显改变,黏土矿物晶面间距有微小变化。

复合型软土固化剂中膨胀性组分的优化方法

复合型软土固化剂中各膨胀性组分之间的比例,以及膨胀性组分总体与胶结性组分之间的比例对固化剂的性能有很大影响。以水泥作为胶结性组分、以硫铝酸盐水泥与石膏或高铝水泥与石膏作为膨胀性组分构成复合型软土固化剂固化软土,通过无侧限抗压强度试验、XRD试验,确定了各膨胀性组分之间的最佳比例和膨胀性组分总体与胶结性组分之间的最佳比例,并提出了确定各比例的方法。结果表明:各膨胀性组分之间的比例应符合各组分能充分反应全部生成膨胀性水化物;膨胀组分总体与胶结组分之间的比例宜根据土样孔隙率及其最大填充程度确定。文中结论对于高效软土固化剂设计具有重要指导意义。

高分子水溶性土固化剂对改善土体耐水性的研究

通过傅立叶变换红外光谱 (FTIR)等分析测试手段就高分子水溶性土固化剂对土体耐水性能的改善及其作用原理作了研究。试验证明由高分子水溶性土固化剂应用于粘土含量较高的软土土体处理时 ,可有效改善土体耐水性 ,拓宽了该固化剂在土木工程中的应用领域。