改性糯米灰浆材料流变性及其结石体力学性能研究

2017年九寨沟“8·8”地震导致火花海钙华坝受损,而针对自然遗产地的加固材料须为生态环保材料,研发的糯米灰浆采用支链淀粉团聚石灰、石膏与硅粉,达到了加固钙华坝的目的。为满足九寨沟钙华地区坝体加固对注浆材料的要求,在传统糯米灰浆中加入外加剂、硅灰、石膏改善其流变性与力学性能。改变糯米灰浆中石灰/石膏质量比(0、0.11、0.25、0.43、0.67),通过常规剪切(0.01~100 s^(-1))与循环剪切(0.01~300 s^(-1))测定流变曲线,分析改性糯米灰浆的流变性与触变性。此外,对改性糯米灰浆结石体的力学特性进行研究,并利用扫描电子显微镜分析结石体的微观结构。结果表明:石灰/石膏质量比由0变化到0.67,浆液最大黏度降低了84.7%~91.3%,其对应剪切速率逐渐增大;改性糯米灰浆属于带屈服值的假塑性流体材料;与Bingham模型相比,Herschel-Bulkley模型能更好地描述改性糯米灰浆的流变性;改性糯米灰浆具有触变性,石灰组份的掺入导致浆液的触变性降低,与黏度受影响规律相仿;触变性受剪切历史控制,呈现出随剪切循环次数的增大而降低的特点;改性糯米灰浆结石体28 d的抗压强度可达9.78 MPa;随着石灰/石膏质量比的增大,改性糯米灰浆结石体的弹性模量逐渐减小,宏观破裂方式由脆性破坏过渡到延性破坏。

基于改性糯米灰浆的3种锚杆锚固性能对比研究

锚固浆液的类型及其与杆体、土体的兼容协调性问题是土遗址锚固领域的研究焦点。由糯米浆为胶凝主材和由黏土、粉煤灰为填充料组成的改性糯米灰浆与木锚杆、玻璃纤维增强塑料锚杆、钢筋锚杆组成了3种锚固系统。通过对3种锚固系统的原位锚固、拉拔试验和界面应力-应变监测,分析比较了3种锚固系统的破坏模式、极限荷载、荷载-位移特征,剖析了杆体-浆体界面应力分布传递规律和界面测点应变对荷载时步的响应程度。在初步分析其锚固机制的基础上,最终得出了此类基于改性糯米灰浆的3种锚固系统的锚固性能的优劣完全取决于杆体-浆体的受力机制、变形和强度特征所决定的力学兼容性的结论。该研究成果为以糯米浆为主材的改性浆液在土遗址锚固领域中的应用提供了依据和参考。

改性糯米灰浆的室内研究及在九寨沟钙华地质裂缝修复中的应用

我国有着大面积的钙华地区,国内外学者对钙华的形成及影响因素进行了大量的研究,但针对钙华地区地质裂缝生态修复材料及工艺还鲜有研究。文章以九寨沟风景区震后地质裂缝为研究对象,结合水文条件及钙华颗粒的性质,在传统糯米灰浆的基础上,通过掺入不同比例的原料、改性剂及一定级配的钙华颗粒,研制出一种性能优良的灌浆材料,并对其流动性、凝结时间、抗压强度及抗折强度进行测试。室内试验表明:该材料具有流动性好、凝结时间可控、强度高、可水下浇筑等特点;空气中养护试样的各项指标均优于水中养护的试样。优选裂缝修复配合比为:糯米浆0.6~0.64份、石膏1.19份、石灰0.29份、钙华颗粒1份、改性剂1#0.07份、改性剂2#1.19%份,浆液可泵期63~86 min,初凝时间74~98 min,终凝时间92~125 min。改性糯米灰浆在九寨沟修复裂缝、加固崖体现场修复试验中取得了良好的效果,将流水漏失量由原来的50%降低至3%,较好的恢复了瀑布景观。应用表明改性糯米灰浆与钙华颗粒具有较好的相容性,可改善钙华颗粒的原生孔隙结构,促进钙华景观的生长。

改性糯米灰浆基本物理力学特性及微观结构试验研究

糯米灰浆在我国有着悠久的应用历史,但由于存在收缩性大、早期强度低、抗冲蚀性差等特点,使其应用受到了一定程度的限制。基于对传统糯米灰浆的研究,以九寨沟钙华颗粒、糯米浆、生石灰、石膏、改性剂为原料,采用流动度试验、抗压试验、抗折试验及SEM、EDS、XRD相结合的方法,研究改性糯米灰浆的基本物理力学性能及微观结构,探究其固化机理。实验结果表明,改性糯米灰浆具有初始流动性好、凝结时间可控、早期强度高等特点,当掺量为糯米浆0.52 kg、生石灰0.23 kg、石膏0.77 kg、钙华颗粒1 kg、改性剂0.01 kg时,浆液的各项性能较佳,60 d抗压强度达19.37 MPa,抗折强度达5.75 MPa;钙华颗粒作为碳酸钙“晶核”,可提供稳定的附着环境,诱导晶体的生长;结石体的固化过程包括硫酸钙晶体的生成及碳酸钙晶体“团聚→架桥→缠绕和包裹”的演化过程,逐步改善结石体内部晶体排列次序,进一步优化孔隙结构。改性糯米灰浆固化机理的研究为其应用提供了良好的理论基础。

氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下改性糯米灰浆耐久性能增强方法

为改善传统糯米灰浆应用在砖石古建筑修复与加固中的酥碱冻害,掺加质量分数为12.5%、25%和50%的偏高岭土与1%的麻纤维,获得了一种改性糯米灰浆复合材料。以力学强度、质量损失及相对动弹性模量为依据,详细研究了改性灰浆的应用性能。利用红外光衍射、X-ray粉末衍射和扫描电镜等微观分析方法,系统探究了改性灰浆在标准养护、冻融老化及氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下的性能演变机理。结果表明,混掺纤维和偏高岭土能显著改善灰浆的强度、抗冻性与耐盐性。偏高岭土生成的水化凝胶C-S-H与C-A-H可固化氯离子生成弗里德尔盐以抵抗孔隙破坏,增强了灰浆在氯盐环境下的抗冻性。氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下耐久性指标随麻纤维的掺加而小幅增大,随偏高岭土掺加而先提升后降低。其中以在糯米灰浆中混掺1%麻纤维与25%偏高岭土的增强方法最优。

改性糯米灰浆固化黄土的微观机理试验研究

黄土的水敏性是影响黄土地区土遗址保护与修复的重要因素,陕北革命遗址中以黄土窑洞为主的遗址由于黄土水敏性导致了窑洞墙面的脱落、粉化及渗水等病害,利用改性糯米灰浆固化黄土作为墙面修复材料,其改善水敏性的微观机理研究将成为一个重要方面。吸水率为评价固化黄土内部物质成分变化引起孔隙结构改变的重要指标,通过不同胶固比的固化土的吸水率变化,结合XRD、SEM对改性糯米灰浆固化黄土的微观作用机理进行分析。研究结果表明:胶固比为0.45的固化土,经过28 d养护后,饱和吸水率下降到18.71%,且XRD分析同样发现0.45胶固比的固化土中方解石含量增长最为明显。微观镜像中,改性糯米灰浆中的石膏和方解石晶体对孔隙进行了填充,改变了黄土原有的孔隙结构,并增强了土颗粒间的粘结。改性糯米灰浆的固化作用,使黄土原有孔隙结构和物质成分发生改变,改善了黄土的水敏性,其应用于黄土窑洞墙面的修复,将会减少由于水敏性导致的墙面病害。

改性糯米灰浆改良煤矸石渣土性能研究

我国现有煤矸石及存量达6.3×10^(9)t以上,大量煤矸石渣土的露天堆积带来了一系列环境问题,以煤矸石渣土为研究材料,针对其存在的大孔隙和难以留存水分的问题,掺入改性糯米灰浆、有机保水材料和改良剂对其抗压强度和水理特性进行改善。结果表明:棕丝纤维和松香酸钠使风干抗压强度和饱和抗压提高,硅藻土使抗压强度降低,其中2%的松香酸钠使风干抗压强度增大94.7%,0.9%的棕丝纤维使饱和抗压强度增大46.8%。改性糯米灰浆和有机保水材料对水理特性的影响十分显著,渗透系数从6.3×10^(-2)cm/s减小至3.2×10^(-5)cm/s,田间持水量从12.21%增大至21.21%,蒸发率从4.2%减小至3.33%。