工业固废-水泥固化腐殖土的力学响应和微观机制

为了推动腐殖土在岩土工程领域的资源化利用,采用工业固废(包括生物质飞灰、电石渣和磷石膏)协同水泥对腐殖土进行固化处理。以中国广东省某陈旧型简易垃圾填埋场开采的腐殖土为研究对象,通过常规三轴试验、干湿和冻融循环试验、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)和压汞(MIP)测试探究了工业固废-水泥固化腐殖土的三维力学特性、耐久性能及微观机制。试验结果表明:随着P_(o-b)(即工业固废替代水泥的比率)的增加,试样偏应力与轴向应变的关系逐渐由应变软化向应变硬化过渡。三元工业固废的适当掺入(P_(o-b)为25%~50%)有利于减缓干湿循环作用下工业固废-水泥固化腐殖土试样的劣化速率,而纯水泥固化腐殖土试样表现出相对优异的极限偏应力和抗冻性。微观结构分析表明大量钙矾石晶体和C―(A)―S―H凝胶等产物增强了腐殖土颗粒之间的黏结,同时填充了微观孔隙。研究结果可为垃圾填埋场开采的腐殖土修复及再利用提供理论依据。

粉煤灰堆积体大断面连拱隧道失稳破坏模式及施工力学研究

国内目前并无在粉煤灰堆积体中采用暗挖法修建大断面连拱隧道的先例,给隧道的设计和施工带来了巨大挑战。依托盐坪坝隧道工程,开展了室内相似模型试验,探讨了该地层下大断面连拱隧道塌落拱演化规律及开挖施工力学行为。研究结果表明:连拱隧道在粉煤灰堆积体中开挖极易发生失稳,将失稳过程划分为4个演化阶段,破坏模式具有突发性、剧烈性、对称性、同步性特征;塌落拱高度约为隧道开挖跨度的40%。采用单侧壁导坑法开挖时粉煤灰堆积体承载力严重不足,根据相似换算关系左、右洞拱顶沉降分别为16.86,14.91cm,需对地层实施注浆加固;地层沉降呈对称“双峰状”,先行洞相较于后行洞受开挖影响较大,中隔墙的承载作用能够有效降低地层位移,单洞压力拱向双洞压力拱转换过程中,中隔墙受到偏压作用容易向先行洞侧偏转,建议在先行洞开挖时中隔墙添加支撑物。

沙漠砂混凝土与钢筋黏结性能试验研究

在我国西部沙漠砂资源丰富的背景下,探究沙漠砂对钢筋与混凝土黏结性能的影响,制作中心拉拔试验,通过对不同沙漠砂取代率和不同粉煤灰掺量下的钢筋与混凝土的黏结强度进行试验研究。根据黏结滑移曲线,分析沙漠砂取代率和粉煤灰掺量对钢筋和混凝土黏结强度、极限位移、破坏模式的影响。研究结果表明:直径16 mm钢筋混凝土试件在锚固长度较短导致脆性劈裂破坏的情况下,钢筋与混凝土的黏结强度随沙漠砂取代率的增加呈先上升后下降的趋势;粉煤灰掺量为20%时,对两者的黏结强度提升最大。

纳米硅溶胶−EVA−粉煤灰水泥基复合浆材配比正交优化及对其物性的影响

针对传统水泥基浆材不能满足煤矿大变形巷道注浆加固实际需求的难题,通过添加纳米硅溶胶、乙烯−醋酸乙烯共聚物(EVA)和粉煤灰对普通硅酸盐水泥进行改性获得高性能复合浆材。采用正交试验和极差分析法系统研究复合浆材物理力学性能的变化规律,确定最优配比,并进一步分析最优配比复合浆材与纯水泥的物性差异,构建复合浆材的水化反应机理模型,阐明其加固破碎岩石的力学特性。研究结果表明,复合浆材最优配比为:水灰比0.7,粉煤灰掺量15%,硅溶胶掺量2%,EVA掺量7.5%;相较于纯水泥,复合浆材流变性略有下降,但浆液稳定性、力学性能等均有显著提升,初凝时间缩短了38.9%,终凝时间缩短了53.8%,析水率降低了60%,结石率提高了3.3%,单轴抗压强度提高了39.1%,抗拉强度提高了97.2%,拉压比提高了41.7%;硅溶胶和粉煤灰在不同时期与Ca(OH)2发生火山灰反应生成更多水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(CA-H),促进复合浆材的水化反应,并加速EVA成膜,使结石体更加致密;复合浆材注入量和胶结体单轴抗压强度均随注浆压力的增大而增加,随Talbot指数的增加,抗压强度先增大后减小,破坏形式多呈鼓状,剪胀变形明显;当注浆压力大于2 MPa,Talbot指数为0.5时,胶结体强度较大,破坏较小。本研究为水泥基复合浆材早期强度、增韧改性提供了可行途径。

粉煤灰负载纳米FeS处理酸性含铬废水动态试验

针对矿区生态环境受酸性含铬废水污染严重的问题,采用超声沉淀法制备了粉煤灰负载纳米FeS吸附材料(nFeS-F)。并以粉煤灰、nFeS-F为填料分别构造1^(#)、2^(#)动态柱,进行酸性含铬废水动态处理试验,通过XRD、SEM、TEM、XPS对粉煤灰、nFeS-F进行表征,探究粉煤灰和nFeS-F处理酸性含铬废水的规律性、长效性和去除机理。结果表明:在进水Cr(Ⅵ)浓度为100 mg/L条件下,动态柱运行28 d内,1^(#)柱对Cr(Ⅵ)和总铬的平均去除率分别为42.86%和36.65%;2^(#)柱对Cr(Ⅵ)和总铬的平均去除率分别为70.74%和53.12%,至试验结束时,1^(#)柱和2^(#)柱的pH分别为5.50和6.38。通过nFeS-F的XRD、XPS表征分析表明,Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),并以氢氧化物和硫化物沉淀的形式固定在nFeS-F的表面上。nFeS-F对Cr(Ⅵ)表现出优异的吸附性能,该研究可为处理酸性含铬废水提供一定的技术参考。

纤维对粉煤灰再生空心墙体抗震性能的影响研究

为了研究添加粉煤灰的再生混凝土墙体的抗震性能,通过对粉煤灰再生混凝土空心剪力墙进行拟静力加载试验,得到墙体在开始受力至产生形变期间,所受力与位移的关系,对比添加无纤维、聚丙烯纤维和聚丙烯-钢混合纤维制成混凝土相应的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等。结果表明,使用添加混合纤维的粉煤灰的再生混凝土而制成的墙体具有刚度大、自重轻、抗震性能良好等优势,符合抗震要求,说明了添加粉煤灰的再生混凝土大空心墙体可以应用于普通低矮建筑中。

粉煤灰改良红层泥岩填料静三轴试验研究

红层泥岩的吸水软化和体积膨胀特性易造成路基翻浆冒泥现象及路基不均匀沉降等病害,在作为公路路基填料时应对其进行改良。本文选用粉煤灰作为改良剂,通过室内X射线衍射试验、化学成分测试和易溶盐等试验,分析红层泥岩和粉煤灰的成分组成及离子含量;通过无侧限抗压强度试验、室内变水头渗透试验和固结等试验分析了试样改良前后物理力学特性;通过常规三轴UU试验,研究了不同粉煤灰掺量对改良试样剪切应力-应变及抗剪强度的影响;分析了粉煤灰掺量为10%时,养护龄期对改良试验抗剪强度参数的影响。结果表明:该地区红层泥岩属低液限黏土,其易溶盐溶液中的SO42-离子含量最高,pH值呈碱性;三轴剪切试验中,改良和未改良试样均呈塑性破坏,试样粉煤灰掺量和龄期均对试样抗剪强度提高具有促进作用,且黏聚力增长幅度远大于内摩擦角;粉煤灰掺量为10%龄期28 d时,试样黏聚力较未改良未养护试样和10%掺量未养护试样分别提升37.9%和6.9%,内摩擦角分别增大了1.2°和0.7°。试样的静力学试验均验证了粉煤灰改良的可靠性。

页岩陶粒混凝土力学性能试验及微观结构分析

为探究玻璃纤维、秸秆粉和粉煤灰三者掺量对页岩陶粒混凝土的力学性能及微观结构的影响,通过正交试验分析了各因素其水平与页岩陶粒混凝土单轴抗压强度、劈裂抗拉强度和拉压比的关系,得出因素的主次顺序和优选水平,利用功效系数评价页岩陶粒混凝土的性能。试验结果表明,对于页岩陶粒混凝土单轴抗压强度,粉煤灰掺量为主要因素,优选水平是10%;对于页岩陶粒混凝土劈裂抗拉强度,主要影响因素为玻璃纤维掺量,其次是秸秆粉,优选配合比为:玻璃纤维掺量0.1%、秸秆粉掺量4%、粉煤灰掺量20%;影响混凝土拉压比的主要因素是粉煤灰掺量,其次是玻璃纤维,优选配合比为:玻璃纤维掺量0.1%、秸秆粉掺量2%、粉煤灰掺量20%。根据功效系数分析得到试验组玻璃纤维掺量0.3%、秸秆粉掺量4%、粉煤灰掺量10%总功效数值最高,综合性能优。

水泥-粉煤灰基矸石胶结充填体破坏特征及强度形成机制

在煤矿结构充填开采中,不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同,拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度,对不同粉煤灰占比(0~90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验,探明矸石胶结充填体的强度调控范围,结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析,结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度,并根据煤矸石的强度与水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明:矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少,实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围:1.77~30.04 MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同,材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加,在破坏形态方面,矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0~50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%~80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变,对应的强度范围分别为20.8~30.04 MPa,5.63~12.35 MPa和1.77 MPa;在脆延性破坏模式方面,试样由脆–延性破坏(0~40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%~90%粉煤灰占比),对应的强度范围分别为24.64~30.04 MPa和1.77~20.8 MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43~55.5 MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43 MPa)共同决定。水泥–粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大,煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。

生物灰中γ核素分析的能力验证分析

设计并组织生物灰中γ核素分析的能力验证项目,采用单因子方差分析和t检验对样品均匀性和稳定性进行分析,对参加者实验室提交的能力验证结果进行统计和评价,以z值评定参加者实验室的能力验证结果。结果表明,样品均匀性和稳定性符合能力验证要求,参加者实验室结果为满意,参加者实验室均能准确测量生物灰中γ核素的活度浓度。

天然-人工混合骨料砂浆棒的碱-硅酸反应研究

为了研究混凝土中粗细骨料搭配比例对碱活性粗骨料碱-硅酸反应(ASR)的影响,根据工程中混凝土常见的粗细骨料比例设计了四种混合骨料比例,使用与粗骨料同源的细骨料替代粗骨料,采用砂浆棒快速法(AMBT)对四种不同比例混合骨料的碱活性进行评价;探究单掺25%粉煤灰、复掺25%粉煤灰和5%硅灰对混合骨料碱-硅酸反应的抑制效果,并对反应产物进行XRD分析。结果表明:四种不同比例的混合骨料仍具有潜在碱活性且不存在明显的“最劣比”现象;砂浆棒试件中掺加粉煤灰与硅灰后,碱活性骨料比例较低的混合骨料所受到的ASR膨胀抑制效果更明显;粉煤灰与硅灰主要通过减少水泥水化产物中的CH,增加C-S-H以及改性C-S-H以增强其结合碱离子的能力来减弱ASR。

橡胶类药品包装材料灰分测定的能力验证研究

目的提升实验室对橡胶类药品包装材料的检测能力。方法按中国合格评定国家认可委员会(CNAS)相关文件要求,对能力验证样品进行均匀性和稳定性检验,分析各参加实验室的灰分测定结果,采用z比分数对参加实验室的能力验证结果满意度进行评价。结果能力验证样品均匀、稳定;参加能力验证的59家实验室中,收回58家实验室的能力证验结果,结果评定均为满意,满意率为98.31%。结论参加能力证验的实验室对橡胶类药品包装材料灰分的检测能力总体良好。

水泥粉煤灰改良盐渍土最优配比研究

【目的】在传统水泥改良土的基础上加入粉煤灰复合改良盐渍土,粉煤灰固化盐渍土与“双碳”目标契合,具有积极的意义。【方法】设计三因素四水平正交试验分析改良剂掺量、养护条件、含水率对试样抗压强度及弹性模量的影响。控制水泥粉煤灰固定比例为1∶2,掺量及含水率水平为12%、14%、16%、18%,养护方式分别为清水、盐水、高温养护及标准养护。【结果】通过击实试验可得试验范围内水泥粉煤灰掺量对最大干密度的影响不大,最大干密度约为1.8 g/cm^(3),最优含水率介于14%~16%之间。改良土呈应变软化型,7 d及14 d龄期不同组别抗压强度最高为1.69 MPa、1.99 MPa,最小为0.34 MPa、0.55 MPa。【结论】试样随着掺量增大及火山灰反应、水化程度的加深应变软化特征明显;改良剂掺量为18%、含水率为16%、养护方式为高温养护时强度最大,三个因素对盐渍土强度的影响排序依次为养护条件>改良剂掺量>含水率,因素影响权重分别为养护条件57%、改良剂掺量24%、含水率19%;将抗压强度与回弹模量进行拟合,发现二者具有良好的线性关系。

盾构渣土同步注浆料制备及性能分析

为解决盾构渣土外运和堆放造成的成本和环境污染问题,并实现固废物资源化再利用。利用盾构渣土替代全部砂、稻壳灰(RHA)替代部分水泥,制备管片壁后同步注浆料,并对制备的注浆料进行相关性能分析。试验结果表明:1)稻壳灰(RHA)的掺入对浆液的稠度和凝结时间影响较大,即RHA掺量(质量分数)越高,浆液稠度越小、凝结时间越短。2)当RHA替代率为25%时,稠度降低27.5%,凝结时间缩短31.5%,RHA掺量对浆料强度呈先降低后升高的趋势,浆料28 d强度不低于RHA替代率为0的浆料强度。3)随着渣土粒径增大,浆料稠度和凝结时间降低,但浆料强度提高。经试验确定注浆料配比为:水胶比2.5、RHA掺量25%、渣土粒径2.36~9.5 mm,不仅改善了浆液的稠度(105 mm),还大幅提高了后期强度(3.35 MPa),且浆液各项指标均符合要求,为盾构渣土再利用提供了一种新思路。

粉煤灰复合SBS改性沥青流变性能试验研究

为了研究温度和老化作用对粉煤灰/SBS复合改性沥青流变性能的影响,制备了3种类型的改性沥青样品:粉煤灰改性沥青,SBS改性沥青和粉煤灰/SBS复合改性沥青。通过系统的室内试验,详细评估了不同温度条件和老化程度对不同改性沥青的流变性能和疲劳性能的影响。试验结果表明,沥青的复数模量随着加载频率的增加而显著增加。此外,未老化沥青和短期老化沥青在储能模量和损耗模量方面对温度的敏感性最低。然而,当沥青经过长期老化之后,10%粉煤灰改性沥青的性能更易受温度变化的影响。进一步分析显示,与基质沥青相比,10%粉煤灰/2%SBS复合改性沥青在不同温度条件下的疲劳寿命显著提高。在10,20,30℃条件下,疲劳寿命分别提高了60.14%,43.39%,48.93%。这些结果表明,粉煤灰/SBS复合改性沥青在低温条件下表现出优良的抗变形能力和抗疲劳性能。综合考虑,粉煤灰/SBS复合改性沥青不仅在提高沥青性能方面显示出显著优势,还在延长道路使用寿命和提高道路安全性方面具有重要潜力。其具有良好的低温抗变形能力、抗疲劳性能,在中国公路的建设与养护中有广泛的应用前景。

室温碱激发粉煤灰基胶凝材料制备及其性能研究

以不同细度粉煤灰为原料,加入适量矿渣和水泥熟料,并以钠水玻璃为碱激发剂,在常温下制备出了碱激发粉煤灰基胶凝材料。采用正交试验的方法,分析了原状粉煤灰与磨细粉煤灰质量比、碱激发剂中NaOH含量、矿渣用量和碱激发剂掺量对碱激发粉煤灰基胶凝材料抗压强度的影响,结合XRD和SEM对试样进行表征。结果表明:当原状粉煤灰和磨细粉煤灰质量比为1∶3、碱激发剂中NaOH含量为15%、矿渣用量为固废的20%、碱激发剂掺量为液体总量的13%时,胶凝材料3、28、60d抗压强度分别为19.6、29.0、35.5MPa。粉煤灰与矿渣中的Al—O键和Si—O键断裂,发生重组生成硅铝酸盐C-A-S-H凝胶和C-S-H凝胶。

粉煤灰掺量与自密实混凝土绝热温升的相关性研究

自密实混凝土中的粉煤灰掺量是影响自密实混凝土水化热的一个重要因素,在实际工程中为了降低绝热温升往往在自密实混凝土中大量掺入粉煤灰。结合实际工程研究不同掺量的粉煤灰对自密实混凝土绝热温升的影响,对粉煤灰的掺量分别是50%、60%、70%和80%的自密实混凝土进行绝热温升试验,得出粉煤灰掺量对自密实混凝土绝热温升的影响规律。粉煤灰掺量为50%的自密实混凝土的最终绝热温升值最高,达到36.03℃,粉煤灰掺量为80%的自密实混凝土最终绝热温升值最低,只有21.41℃,绝热温升值与粉煤灰掺量呈线性负相关,绝热温升值随粉煤灰掺量的增加而减小,粉煤灰的大量掺入可以降低自密实混凝土的绝热温升从而降低堆石混凝土开裂的风险。

粉煤灰水泥土变形特性研究

粉煤灰土层是隧道开挖中少见的一种软弱地层,在开挖之前需要向地层加入水泥进行处理。选取四川宜宾盐坪坝隧道粉煤灰地层土作为基层材料,采用三轴试验研究不同水泥掺比、不同围压及养护龄期下粉煤灰水泥土的应力-应变曲线特性、变形规律以及破坏模式。结果表明:随着水泥掺比以及龄期的提升,粉煤灰水泥土在同一围压下的应变软化愈发显著,脆性增强且破坏后强度下降更迅速;在水泥掺比相同的情况下,随着围压的增加,粉煤灰水泥土试件破坏时对应的应变、峰值强度以及残余强度增幅显著;割线模量E50均随水泥掺比、围压及养护龄期增加而增加。研究结果可为类似工程的水泥土旋喷桩或注浆方案设计提供参考。

超声波在新拌液态粉煤灰抗压强度研究中的应用

对掺石灰的一种新型液态粉煤灰材料进行无侧限抗压强度检测,通过试验研究石灰含量变化对试件抗压强度的影响,试验结果表明:当石灰含量为0、4%、8%和12%时,新拌液态粉煤灰的7 d和28 d抗压强度均逐渐增加,尤其是28 d时的强度显著大于7 d时的强度。利用超声波无损检测技术测得试件的超声波速,通过回归分析研究抗压强度与超声波波速之间的相关性,建立了二者不同龄期的理论关系式:7 d龄期的宜采用二次函数拟合,回归方程为f_(cu)=0.000000976692v^(2)-0.000830792v+0.45616;28 d龄期的宜采用一次函数拟合,回归方程为f_(cu)=0.002v-0.96639;整体实测数据关系宜采用二次函数拟合,回归方程为f_(cu)=0.00000117211v^(2)-0.000767908v+0.32397。7 d和28 d的相关性R^(2)均>85%,表明其抗压强度和超声波速度之间存在显著的相关性,为研究新拌液态粉煤灰的无损检测提供了理论基础。

隧道衬砌混凝土中粉煤灰含量对排水管化学结晶的影响分析

通过采集多个隧道的地下水和管道结晶样本,进行了微观和化学成分分析。建立了一个模拟隧道排水管道系统的实验装置,研究了不同粉煤灰掺量对混凝土的影响,包括实验溶液的总碱度、管道结晶质量和微观形态。研究发现,隧道结晶样本主要由高纯度碳酸钙组成,镁元素的含量影响结晶形状,高镁含量导致不规则结晶,低镁含量则形成更稳定的斜六方晶系结晶。实验中,当粉煤灰掺量增加,实验溶液的总碱度上升,结晶累积量呈先降低后升高的变化趋势;10%掺量组的结晶累积速度最快,15%掺量组的最慢,两者累积量差距显著。实验装置中结晶物的微观形态与样本相似,主要为斜六方晶系的方解石碳酸钙晶体,粉煤灰掺量对结晶物微观形貌和表面特征无显著影响。