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。

路液(Roadyes^(TM))固化剂改性黄土的力学特性研究

黄土具有结构性,难以碾压密实,如何解决黄土压实问题一直是黄土场地地基处理挑战性的技术难题。选取路液(Roadyes^(TM))固化剂分别结合石灰和水泥对黄土进行不同组合方案下的改性处理研究。通过压缩、三轴剪切试验,研究了添加剂不同组合下改性黄土的压缩和回弹指数及抗剪强度指标差异性。研究结果表明:路液、路液分别结合石灰、水泥改性黄土,发现固化剂并非掺量越大,改性效果越好。综合对比分析后,路液掺量0.25%,并将其分别和7%石灰,3%的水泥组合使用效果最优,改性黄土抗压缩性、抗剪强度指标均远大于未改性黄土,可显著提高重塑黄土的强度指标,并随着养护期延长,改性黄土力学特性向硬脆性发展。研究成果能够为路液结合石灰或水泥改性黄土的应用提供重要的参考。

膨润土改性黄土衬里防渗性能室内测试与预测

试验测定了膨润土改性黄土试样的渗透系数,研究膨润土改性黄土用作废弃物填埋场衬里的可行性,为天然黏土匮乏地区防渗材料本土化提供依据。选取两种代表性黄土,即黏性较大的兰州黄土(LH)和砂性较大的榆林黄土(YH),分别向其中添加不同比例的两种膨润土后击实成样,利用柔性壁渗透仪测定改性黄土的渗透系数,分析了改性黄土渗透系数随膨润土添加率增大的变化规律,确定了满足衬里防渗要求的膨润土添加率。利用扫描电镜照片统计了改性黄土的孔隙特征参数,发现添加膨润土后黄土中原有的大孔隙被充填或分隔成更多的中、小孔隙,有效阻滞了渗流液体通过,从微观结构的角度揭示了改性黄土渗透性降低的实质。依据实测数据建立了膨润土改性黄土的渗透回归模型,据此可以预测不同添加量的膨润土改性黄土的渗透系数。

渗透条件对膨润土改性黄土渗透系数的影响

室内采用柔性壁渗透仪实测了膨润土改性黄土的渗透性能,分别在控制渗透时间、围压和渗透压等条件下探究了各自对改性黄土渗透系数的影响。研究表明,试验初期试样的渗透系数在同一数量级上有较大波动,随着持续时间增加渗透系数趋于稳定,稳定后几乎不随时间发生变化,增大围压和渗透压都可以引起改性黄土渗透系数在同一数量级上降低。因此,在填埋场设计时可以通过预测防渗衬里的围压和渗透压来预留渗透系数的安全储备。

改性黄土的冻融特性

研究冻融循环前后不同水泥石灰粉煤灰配比下改性黄土的无侧限抗压强度、渗透系数和微观结构等物理力学特性的变化。综合考虑强度、渗透性和抗冻融．胜能，提出改性黄土改性剂的最优配比，探讨冻融循环对改性黄土工程特性的影响。结果表明：在考虑冻融循环的条件下，4％-5％的水泥与6％的石灰及10％的粉煤灰的掺入不仅能有效地提高改性土的抗压强度，降低渗透系数，而且能够避免改性黄土因为刚性太大而引起的抗冻融能力下降的情况。3种改性剂的联合作用改变了黄土颗粒的排列和连结方式，从而能够提高改性黄土的强度和抗冻融能力。

对硝基苯胺在表面活性剂改性黄土中的吸附行为

研究了用阳离子表面活性剂改性的黄土对水中对硝基苯胺的吸附行为以及２，４－二氯苯酚对对硝基苯胺吸附行为的影响．结果表明，天然黄土和改性黄土对对硝基苯胺的等温吸附曲线均符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程；改性后的黄土对对硝基苯胺的吸附能力明显强于天然黄土，改性黄土的吸附能力主要取决于阳离子表面活性剂的加入量；２，４－二氯苯酚与对硝基苯胺存在竞争吸附；２，４－二氯苯酚的非离子形态对对硝基苯胺在改性黄土上的吸附量的影响大于它的离子形态；

有机污染物在改性黄土中的吸附和迁移滞后性研究

用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA-Br）和阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对黄土进行改性处理，并制备了一系列土壤样品。比较了甲苯在天然黄土和改性土中的不同吸附特性，并探讨了它们不同的吸附机理。通过比较甲苯在两类土壤中的吸附特性可以发现，等温吸附曲线均符合弗德里希方程式．但改性黄土的吸附能力为天然黄土的3—6倍。当同时用阴一阳离子表面活性剂进行黄土改性，吸附能力比单独使用阳离子表面活性剂改性的黄土增强15％-20％。土柱实验证明改性黄土对有机污染物对硝基苯胺的迁移具有明显的滞后性，使污染带前锋到达土柱出水口的时间延迟了50倍，也使土柱被穿透的时间延长了3.5倍。可见用表面活性剂对黄土改性能有效地在包气带滞留污染物。在一定程度上延缓或防止地面石油泄漏对含水层的污染。

冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究

对石灰改性黄土进行击实试验,得到改性黄土的石灰掺量分别与最优含水量和最大干密度的变化规律。同时在冻融循环作用下,利用三轴剪切仪对石灰改性黄土进行固结排水剪切试验,以此研究冻融循环下石灰改性黄土的力学特性。结果表明:随石灰掺量增大,最优含水量也逐渐增大,最大干密度却呈减小的趋势。不同石灰掺量下,冻融循环后改性黄土的应力应变关系曲线随冻融循环次数的增加由弱硬化型向弱软化型过渡,最后趋于强软化型。随冻融循环次数的增加,破坏强度呈下降趋势,石灰掺量为6%且冻融次数10次时,围压越大,破坏强度衰减率越小;石灰改性黄土的黏聚力随冻融循环次数的增加而降低,最终趋于稳定,而内摩擦角几乎保持不变。石灰掺量一定时,随冻融循环次数增加,结构性参数减小,且变化趋势不大;冻融循环次数一定时,随石灰掺量的增加,结构性参数呈减小的趋势;同时,随着围压不断地增大,结构性参数也呈减小趋势,结构性参数与轴向应变关系曲线随着围压的增大由强软化型向弱软化型过渡。

改性黄土内摩擦角变化研究

通过改性黄土抗剪强度试验,研究出黄土在添加膨润土、石灰、水泥和水泥-粉煤灰混合材料后内摩擦角的变化趋势。黄土在添加膨润土过程中,随着膨润土的添量增大到一定程度时,土体的内摩擦角是减小的。这主要是因为黏粒含量的增加,土体在抵抗剪切变形过程中,土体颗粒克服爬坡和咬合阻力所做的功减小,此时剪应力大部由黏聚力承担。石灰、水泥和水泥-粉煤灰混合材料加入土体中后,形成大的团聚体结构,加强了土体颗粒之间互相嵌合度和摩擦面积,土体的内摩擦角得到不同程度的增大。因此,根据工程需要,向黄土中添加不同的改性材料,使土体的性质满足工程需要是完全可行的。

粉煤灰堆场改性黄土衬里的渗透试验研究

通过一系列渗透试验,研究了不同添加剂改性黄土的防渗性能。选用黏性较大的兰州黄土和砂性较大的榆林黄土两种代表性黄土为防渗衬里主料,分别向其中添加不同比例的膨润土、石灰、水泥和粉煤灰作为改性材料,进行渗透试验。结果表明,膨润土细颗粒充填于黄土颗粒大孔隙中,水化膨胀后减小了孔隙体积并且阻隔了孔隙间的贯通性,能有效降低改性衬里的渗透系数。石灰、水泥和粉煤灰在降低改性衬垫渗透系数方面作用不大,由于水化反应形成新的复合土颗粒骨架和网格骨架,反而会使渗透系数增大,不适合作为黄土改性衬里的改性材料。

粉煤灰堆场膨润土改性黄土衬里的击实性能研究

以陕西省榆林市榆横煤化学工业区粉煤灰堆场工程为依托,选取黏性较大的兰州黄土和砂性较大的榆林黄土两种代表性黄土,分别向其中添加不同比例的两种膨润土作为改性衬里材料,通过室内试验对比研究了膨润土改性黄土的击实性能。研究表明,在添加率较小的情况下,膨润土细颗粒充填于黄土大颗粒架空空隙中,改性黄土最大干密度随膨润土添加率增大呈急剧上升趋势,当架空空隙完全被充填后改性黄土的干密度随膨润土添加率增大而缓慢降低。由于黏粒含量不断增加,改性黄土的最优含水量随膨润土含量增加呈线性增长规律。

赤泥改性黄土的基本工程性质研究

为探究赤泥改性黄土的基本工程特性,进行无侧限抗压试验、直剪试验及渗透试验,得出赤泥改性黄土的最佳配比,建立了抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率的经验公式。通过动三轴试验,分析了循环动荷载下改性黄土的累积塑性变形、动弹性模量及浸出毒性。结果表明,随赤泥含量增加,改性黄土无侧限抗压强度和黏聚力都先增大后减小,当赤泥含量为15%时其28 d无侧限抗压强度达到3.5 MPa,较不掺入赤泥时提高约34.7%;改性黄土的渗透系数随赤泥含量增加先快速降低,至赤泥含量5%后趋于稳定;改性黄土的抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率呈良好的线性关系;改性黄土在循环动荷载下的临界动应力达600 k Pa,最大动弹性模量比未改性黄土高出6倍,且其浸出液不具有浸出毒性。

郑西客运专线石灰改性黄土强度特性试验研究

结合郑(州)西(安)客运专线采用石灰对地基黄土进行改良,介绍所进行的物理特性试验、强度特性试验及分析研究,得出了石灰改性黄土的强度在不同因素下的影响规律,探讨了石灰改性黄土的强度特性。

改性黄土垂直方向毛细水上升作用研究

黄土中极易发生毛细水上升的现象,毛细水的上升作用会影响黄土的含水率、强度和土体的结构,造成土体稳定性下降,弱化黄土地基。石灰和水泥作为常用的改性材料被广泛应用于黄土改良。试验研究了黄土以及石灰、水泥不同配比下的改性黄土在毛细水上升作用50 d过程中的含水率变化,推算出毛细水在黄土和改性黄土中上升高度和速率,以及50 d后密度、干密度及无侧限抗压强度等参数的变化规律。评估了3%石灰改性土、5%石灰改性土和3%水泥改性土改善黄土中毛细水上升作用的可行性;并对三者的改性作用进行比较。试验结果表明:三种改性土都可以有效地减缓毛细水上升高度和速度(从黄土的160 cm最低降低到60 cm左右),提高强度(水泥土50 d后土水接触面处试件无侧限抗压强度为0.86 MPa,为同高度处黄土强度值的3倍)和密度。试验最后得出,石灰能够有效降低土体内的含水率,且随着含量的增加,吸水作用越明显,而水泥对于土体内部结构的改性作用更大,提升土体强度和遇水稳定性,阻碍毛细水上升作用显著。

黄土及其改性黄土在废水处理中的应用研究进展

属于硅酸盐类无机矿物材料的黄土构成了位于我国中西部的全球规模最大的黄土高原,近年来,有关黄土材料的研究开始受到关注。介绍了黄土的组成结构和基本性质;总结了几种黄土改性的主要方法,如无机改性、有机改性、高分子改性等;叙述了黄土及其改性产物的应用,尤其是在含重金属离子废水、有机废水及含磷废水中的应用研究进展。认为黄土是一种来源广泛、无毒、廉价易得的天然高分子材料,黄土基水处理剂属于绿色水处理材料,将在水处理领域具有更广阔的应用前景;黄土经一定加工处理后,还可用于环境治理、建筑等领域。

石灰改性黄土在山区公路路基工程中的应用

黄土地区山区公路路基沉降是最为常见病害之一,并影响路面及构造物耐久性和稳定性,通过石灰改性黄土对路基进行换填,不但材料轻质降低路基自重,而且减轻运营期间的养护维修工作,是山区公路建设的一项重要工程措施。本文就石灰土改性黄土强度的形成机理及增加强度特性的方法进行分析说明。

补水条件下膨润土改性黄土的一维冻融效应研究

膨润土可改善黄土的抗渗性,但对土的强度也会产生影响。以膨润土掺量为变量,设计膨润土改性黄土补水条件下的冻融试验方案,分析冻融循环下膨润土对黄土的影响。结果表明:饱和度不变的情况下,膨润土掺量对冻胀率和融沉系数影响明显,冻胀率与融沉系数在5次冻融循环内变化较大,5次冻融循环以后趋于稳定状态。利用膨润土改善黄土的抗冻性,不会对黄土强度产生明显的不利影响。

冻融循环作用下纤维增强水泥改性黄土特性

为了探究聚丙烯纤维和水泥共同改良黄土性能,通过无侧限抗压试验以及冻融循环试验,分析水泥掺量,聚丙烯纤维掺量与长度以及冻融循环次数对改性黄土无侧限抗压强度的影响.研究结果表明:改性黄土的无侧限抗压强度随着水泥掺量增多而提高,加入纤维则进一步提高其抗压强度.纤维的掺量和长度的增大会使改性黄土的无侧限抗压强度先提高后降低,聚丙烯纤维的最佳掺量为0.4%,最优长度为9 mm.水泥改性黄土经历15次冻融循环后,纤维增强水泥改性黄土经历10次冻融循环后强度损伤趋于平缓,变化幅度在3%左右.采用Lasso回归模型计算水泥-聚丙烯纤维改性黄土无侧限抗压强度回归预测模型,预测模型与试验结果吻合较好.

黄土材料改性试验研究

黄土结构是一种广泛存在于我国华东、中南和西北地区农村中的一种建筑形式。作为建筑材料,黄土具有就地取材、建造方便以及保温隔热等优点,但同时存在抗震性能差的问题。本文主要针对西北地区黄土材料,在把离子固化剂以及纤维添加到黄土中并压实,制作砌块后进行了抗压和抗折试验,从而得出其最佳配比。试验结果表明:离子固化剂能有效增加黄土砌块的强度,而纤维则大大提高了黄土的抗折强度;经过改性后,黄土材料完全能满足建造二层砌体结构的要求。

黄土基吸附剂的制备及吸附性研究进展

综述了6种不同方式制备的黄土基吸附剂的性能和吸附特点,通过烘干和煅烧的方式,增大了黄土的孔径,并利用黄土的多孔结构在其表面进行修饰,引入与重金属有较强结合力的官能团,提升其对重金属废水的吸附性能。目前,对于黄土改性吸附剂的研究较少,并且大多数的吸附研究主要针对单一重金属离子的模拟废水,未来应着重开发新的改性方法及将其用于实际工业废水处理。