混合赤泥胶结特性产生机制及对其力学特性的影响试验研究

为了研究混合赤泥胶结特性产生机制,利用XRF、XRD、SEM等微观测试手段分析了混合赤泥在脱水干燥过程中化学成分、矿物组成、微观结构的变化,探讨了胶结强度随脱水龄期延长的变化规律。在此基础上,通过固结排水三轴剪切试验对5个脱水龄期混合赤泥的力学特性进行了研究,揭示了混合赤泥胶结强度的形成对其力学特性和结构性的影响。研究表明:混合赤泥的胶结强度的形成主要是因为烧结法赤泥中的水泥水硬性矿物的水化反应和活性氧化物的碳化反应形成的,并且主要集中在脱水龄期前70 d内;混合赤泥抗剪强度的增长与赤泥胶结强度的形成有直接关系,且主要体现在其黏聚力上;对具有相同初始物理指标、不同脱水龄期的混合赤泥,采用三轴试验各应变水平下不同脱水龄期干燥试样与刚出厂初始试样的主应力差之比所表示的结构性定量化参数,来研究结构性对变形强度的影响可以得到良好的规律性。

混合赤泥自凝堆存技术研究与应用

通过对中国铝业山东分公司赤泥物化性质的研究,发现拜耳法赤泥和烧结法赤泥混合后能生成新的固结物相物质,试验采用混合赤泥自凝堆存技术与工艺,并在工业上进行大规模应用,经济和社会效益显著。

灰渣改良压实混合赤泥的力学性能研究

以中铝贵州分公司生产的拜耳法赤泥、烧结法赤泥和灰渣为对象,对拜尔法∶烧结法=1∶1和拜尔法∶烧结法∶灰渣=50∶50∶15两种配比混合赤泥进行了击实试验。以击实试验所得的最优含水量和最大干密度为依据制作试验样品,研究了掺灰渣与不掺灰渣两种配比混合赤泥在90%和95%两种压实度情况下、最优含水量和浸水饱和两种状态时的抗剪性能和压缩性。研究得出:1添加灰渣混合赤泥滤饼的最大干密度较未加灰渣的略大,最优含水量略小;2添加灰渣可提高最优含水量状态混合赤泥的抗剪强度,但添加灰渣的混合赤泥浸水饱和后的抗剪强度较未添加灰渣时降低;3添加灰渣的混合赤泥的压缩模量较未加灰渣的高得多,并且提高压实度能显著提高掺灰渣混合赤泥的压缩模量,而对未加灰渣的混合赤泥,在压实度提高时,压缩模量增加并不显著;4添加灰渣可改善混合赤泥的抗剪性能和压缩性能,但宜在最优含水量状态下工作,并建议添加灰渣混合赤泥用于筑坝时应做好防渗措施。

不同工况条件混合赤泥力学特性变化规律

在利用常规土工实验和XRF、XRD、SEM等微观测试手段分析了刚出厂混合赤泥化学成分、矿物组成、微观结构的基础上,通过无侧限抗压强度实验和固结排水三轴剪切实验对自然风干、浸水饱和、非饱和-饱和干湿循环3种工况条件下混合赤泥不同龄期力学特性的变化规律进行了研究。结果表明,自然风干试样的无侧限抗压强度和粘聚力要明显大于相同龄期浸水饱和试样和干湿循环试样,说明混合赤泥的强度形成与滤水过程有一定联系,且其强度的增长均主要集中在脱水龄期前70天内;混合赤泥在3种不同工况条件下无侧限抗压强度和粘聚力均有一定程度的增长,说明混合赤泥可在浸水环境下生成不可逆增长的具有水硬性的胶结矿物,使其在水环境中不发生崩解,可保证混合赤泥堆体在自然堆存过程中其力学特性满足安全堆载要求。

考虑混合赤泥强度增长特性的修正邓肯-张模型

混合赤泥在堆存过程中,随着脱水、滤水龄期的延长,其强度有明显增长,由初始的流塑状态转变为具有较高强度的硬塑状态。为研究混合赤泥的这种胶结硬化特性,对不同自然脱水龄期和浸水浸泡龄期下的混合赤泥开展了无侧限抗压强度试验和固结排水三轴剪切试验。试验结果表明：（1）混合赤泥的胶结特性主要体现在粘聚力的增长方面;（2）混合赤泥的胶结强度形成主要集中在赤泥堆存龄期前70天内。基于混合赤泥强度变化规律,提出了反映混合赤泥胶结硬化特性的结构性定量化参数mc,将原有不稳定的呈软化型的应力-应变曲线修正为表现出双曲线特征的硬化型曲线,并根据试验结果拟合得到初始切线模量Eci,结构性强度参数cc和φc随龄期t的变化公式,从而建立了考虑混合赤泥强度增长特性的修正邓肯-张模型。对比验证表明,所建立的模型可以较好地反映混合赤泥随时间的强度增长特性。

赤泥改性沥青混合料的水稳定性及作用机理研究

为了探究赤泥替代量对沥青混合料抗水损坏性能的影响,提高赤泥废弃物资源的再利用率,将赤泥分别以粉油比为0、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%和18%的比例掺加到基质沥青中配制成赤泥改性沥青;通过沥青混合料的标准马歇尔实验、浸水马歇尔试验、真空饱水实验探究了赤泥改性沥青混合料水稳定性能的变化特点;采用电镜扫描、红外光谱等技术手段对赤泥改性沥青混合料的改性效果进行了具体分析。结果表明:在基质沥青中掺加赤泥能够提高沥青混合料的马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度、真空饱水残留稳定度等水稳定性能指标,且当赤泥掺量为10%时,赤泥改性沥青混合料的浸水马歇尔稳定度和真空饱水残留稳定度均达到最大值,水稳定性能最佳;电镜扫描分析发现掺加10%的赤泥改性沥青混合料试件表面出现了纤维状结构,而红外光谱曲线显示其没有出现新的吸收峰,这进一步揭示了赤泥改性沥青混合料的水稳定性能提升的机理。