CaO-GGBS固化土压缩特性的试验研究

地基处理化学固化法如水泥土搅拌法已经被广泛应用到实际工程中,研发绿色、低碳、环保的新型胶凝材料来部分或完全取代水泥,对于实现“碳中和·碳达峰”目标具有重要意义。本文通过一维固结压缩试验,探究了初始含水量、固化材料类型及其掺量、掺砂率以及养护时间等因素对生石灰激发粒化高炉矿渣(生石灰-CaO,粒化高炉矿渣-Ground granulated blastfurnace slag,GGBS)固化土和水泥(Portland cement,PC)固化土压缩特性的影响规律。研究发现,CaO-GGBS固化土与水泥土类似,具有明显的结构性,存在明显的结构屈服点和屈服应力,当竖向压力小于屈服应力时固化土的压缩性很小,而当压力超过屈服应力时其压缩性会突增,转变为高压缩性土体。CaO-GGBS固化土的屈服应力随着初始含水量的降低、固化材料掺量和养护龄期的增加而逐渐增大。CaO-GGBS对于高含水量软土的固化效果优于水泥。

基于MICP法的巴氏生孢八叠球菌固化镉污染土的试验研究

以重金属污染土的治理为背景,通过毒性浸出、无侧限抗压强度、土柱淋滤试验并结合镉形态分析等其他微观测试方法,探讨了Ca^(2+)的添加、Cd^(2+)浓度、养护时间等因素对驯化巴氏生孢八叠球菌固化镉污染土特性的影响.结果表明:Ca^(2+)对固化土中Cd^(2+)浸出特性影响显著,不添加Ca^(2+)时,当尿素浓度为0.5 mol·L^(-1),固化土的Cd^(2+)浸出质量浓度(0.42~5.64 mg·L^(-1))最低;添加Ca^(2+)后,Cd^(2+)浸出浓度略有增大,胶结液中尿素和Ca^(2+)浓度均为0.5 mol·L^(-1)时,Cd^(2+)的固化效果较好.延长养护时间,固化后土体的抗压强度增加,Cd^(2+)浸出浓度降低且固化效果提高;增大Cd^(2+)浓度,固化后土体的抗压强度降低,Cd^(2+)浸出浓度提高;添加Ca^(2+)有助于增强镉污染土的固化效果,在养护时间为28 d时,当Cd^(2+)浓度为100 mg·kg^(-1)时,添加Ca^(2+)的试样强度达到312 kPa,相较于未添加Ca^(2+)试样强度(234 kPa)提升了33.3%;当Cd^(2+)浓度增大至1600 mg·kg^(-1)时,添加Ca^(2+)的试样强度达到269 kPa,相较于未添加Ca^(2+)试样强度提升了57.3%,试样的浸出浓度降低了15.4%;经淋滤后,添加Ca^(2+)的试样滤出液中Cd^(2+)浓度始终低于未添加Ca^(2+)试样.固化后土中弱酸可提取态镉向可还原态镉和残渣态镉转变,添加Ca^(2+)进一步降低弱酸可提取态镉所占比例,减小了Cd^(2+)的迁移能力.

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。

氧化钙改性赤泥固化黄土的电阻率特性及机理

【目的】研究CaO改性赤泥固化黄土的电阻率特性。【方法】对不同CaO和赤泥掺量以及养护龄期条件下的电阻率进行测试,分析了电阻率的变化趋势。另外,测试了不同条件下试样的XRD、SEM、EDS和孔隙度、孔喉分布率,通过分析微观指标的差异揭示了电阻率的变化机理。【结果】研究结果表明:随着CaO和赤泥的增加,电阻率呈现降低的趋势;与水泥固化土相比,CaO改性赤泥固化土孔隙水中的导电离子在离子种类和离子浓度两方面都有所增加,这导致孔隙水的导电性增加;而CaO改性赤泥固化土的孔隙度和孔喉分布率差别不大,所以试块内部的导电通路差别不大。随着养护龄期的增加,电阻率整体呈现出对数增长的趋势;水泥固化土中的导电离子因参与反应逐渐减少;CaO改性赤泥固化土中过量的CaO未参与反应,导致孔隙水中的导电离子持续存在,因此养护龄期大于28 d时孔隙水的导电性降低幅度有限;另外,由于固化土的孔隙度和孔喉分布率均有所增加,且试块处于非饱和状态,故其内部断路增多导致导电通路减少,致使电阻率随着龄期的增加而变大。

碱激发地聚物固化海相淤泥质软土抗压强度及固化机制研究

海相淤泥质软土富含各类可溶性盐和有机质,使用水泥进行固化时易出现劣化效应。为了解决传统硅酸盐水泥固化常出现加固失效的工程问题,以NaOH为碱激发剂,使用地聚物-水泥联合固化海相淤泥质软土,研究水泥与地聚物掺量比、碱激发剂含量和养护龄期对固化土无侧限抗压强度的影响,并采用扫描电镜和X射线衍射试验分析碱激发地聚物固化海相淤泥质软土的微观形态和水化产物,进一步揭示其固化机制。研究结果表明:单独加入NaOH对水泥土强度的提升并不明显,水泥土强度并不会随着碱激发剂含量的增加而显著提高。同时不同钙系地聚物的固化效果差异显著:矿渣地聚物固化土早期强度增长迅速,后期强度增长缓慢,其无侧限抗压强度随NaOH含量的增加先增加后降低,随矿渣的掺量增加而提高。粉煤灰地聚物固化土强度增长较慢,NaOH含量越高其无侧限抗压强度越大,且强度随粉煤灰的掺量增加而降低。将1/2的水泥以矿渣替代,固化土28 d强度最高可达6.19 MPa,相较于水泥土提升了107.5%。而使用同样比例的粉煤灰替代,其28 d强度最高仅为3.012 MPa。微观试验分析表明碱激发剂和地聚物的加入,可促进可溶盐水化结晶和有机质碱性环境降解,有效增加有效水化产物,增强颗粒间的凝聚力使得土体结构更加紧密,宏观上表现为固化土强度的提升。研究结果可为解决水泥加固海相淤泥软土所引起的实际技术问题提供理论指导。

地质聚合物固化土研究现状及展望

随着对地质聚合物研究的不断深入,将其作为固化剂应用于土壤固化领域的研究受到了广泛关注。地质聚合物作为一种新兴的土壤固化剂,是一种以富硅铝酸盐矿物为前驱体,在碱激发剂作用下形成的绿色无机胶凝材料,具有力学性能良好、耐久性优异以及低碳环保等优点,能够有效克服水泥/石灰等传统土壤固化剂能耗高、污染大以及耐久性差等缺点,被普遍认为是传统土壤固化剂的理想替代品。为明确地质聚合物对土壤的加固机理和增强效果,回顾近年来地质聚合物固化土的研究进展,介绍地质聚合物固化土的反应机理,详述不同因素对地质聚合物固化土无侧限抗压强度和抗剪强度等力学性能的影响,讨论地质聚合物固化土在冻融循环、干湿循环以及化学离子侵蚀等作用下的耐久性,并对地质聚合物固化土技术未来发展方向进行展望。

矿渣复合物固化/稳定化铅污染沙土特性

为研究环保材料对铅污染土固化/稳定化效果,以干旱半干旱地区重金属铅污染及固体废弃物资源化利用为研究背景,使用固体废弃物高炉矿渣协同水泥制备新型固化材料地质聚合物,探讨其固化重金属铅的宏观力学表现及微观机理变化。基于水泥基固化重金属铅污染土,探究不同比例下地聚物-水泥的强度表现及毒性浸出表现,对性能突出组进行微观试验表征。试验结果表明:80%的矿渣地聚物协同水泥相比水泥基及其他分组拥有更好的固化/稳定化重金属铅的表现,污染程度③下抗压强度及毒性浸出结果显著优于其他分组;X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)等试验显示80%矿渣地聚物内部结构完整且连结密实,水泥固化体内部变化剧烈,水化反应受到重金属抑制,整体结构松散,存在密度低且不连续。

粉煤灰联合水泥原位固化软土现场试验研究

针对软土含水率高、承载能力低和粉煤灰资源利用化等工程难题,采用原位固化和强力搅拌工艺,进行粉煤灰联合水泥固化软土施工,开展了不同固化剂配比、处理深度和龄期下固化土轻型动力触探测试,并对数据进行系统分析。结果表明:加入1%粉煤灰能够有效降低水泥固化软土含水率,含水率降低幅度随水泥用量增加而增加;粉煤灰联合水泥原位固化对软土密度影响较小,但会限制固化土早期承载力的发展;固化土承载力随深度增加存在较大波动,增加处理深度有助于减小波动幅度;粉煤灰联合水泥使用将进一步提升水泥固化土对重金属及污染物稳定作用。尤其地,基于双线性插值算法提出固化配比量化方法,并引入变异系数建立原位固化评价指标,可为类似软土原位固化施工工程提供参考依据。

减水剂对固化土强度影响的研究

为了探究聚羧酸、木质磺酸钙(木钙)两种减水剂对固化土强度的影响规律,在不同养护龄期下,对添加不同掺量减水剂的固化土开展了一系列无侧限抗压强度试验,从水化产物角度阐述了固化土强度随两种减水剂掺量的演变机理。试验结果表明:掺有两种减水剂的固化土强度均随着龄期的增加而增加,前期强度增长速度快,后期强度增长缓慢。固化土的强度随着聚羧酸掺量的增加呈现先增加后缓慢减小的趋势,当聚羧酸掺量为0.4%时,固化土强度达到最大值;固化土的强度随木钙掺量的增加逐渐减小,木钙减水剂提升强度的效果弱于聚羧酸减水剂。

淤泥固化土动力特性及在直立护岸抗震分析中的应用

以大连临空产业园填海造地项目为背景,开展淤泥固化土动力特性试验研究。运用FLAC^(3D)有限元软件对不同地基处理方案的直立沉箱护岸在地震作用下进行动力响应模拟。从加速度响应、孔压与有效应力、残余变形等方面定量评价直立沉箱护岸结构的抗震安全性。动力特性试验结果表明:阻尼比与剪切应变和固化剂掺量呈正相关,且围压越高,阻尼越小。数值分析结果表明:在地震作用下,不同的地基条件下加速度放大系数呈现出不同的峰值;沉箱下方砂土层不液化;淤泥固化土地基上沉箱的残余变形小于原状淤泥地基且高水位能减小残余变形,提高沉箱的安全性。研究成果可为类似港口工程抗震设计提供参考。

微生物固化工程裸土抗风蚀扬尘性能试验研究

目的 岩土微生物技术在土木工程领域已广泛应用,本文基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化土体技术,探究其固化土体的抗风蚀扬尘效果及固化机理。方法 利用巴氏生孢八叠球菌,对比分析微生物固化典型工程裸土建筑渣土和砂土试样和其洒水固化试样,通过风洞试验、表面强度测试、微观结构观测研究微生物固化试样抗风蚀扬尘性能,提出一种新型土壤抑尘措施。结果 根据风洞试验和表面强度测试结果发现:同比条件下,微生物固化试样风蚀质量累计损失远远低于洒水试样的,风洞试验后微生物固化试样表面强度虽有所下降,但其表面强度仍强于洒水试样,试验结果验证了微生物固化工程裸土提升其抗风蚀扬尘的可行性及其显著效能.基于电镜扫描和X射线能谱试验分析显示:渣土和砂土试样经微生物固化后,土颗粒表面和孔隙间均产生大量碳酸钙沉积,有效增强了土颗粒间黏结性能,但CaCO_(3)晶体结构在不同土壤中略有差异,在工程渣土试样中主要为片状结构、在砂土试样中为球状或球状堆积体结构。结论 微生物固化技术有效提升了土壤抗风蚀扬尘性能,且具备良好的时效性,对土壤防尘治理具有一定的参考价值。

超硫酸盐渍土固化强度及冻融特性试验研究

地基强度不足和盐–冻胀破坏是导致盐渍土地区渠道衬砌结构发生破坏的主要原因。为解决盐渍土强度不足的问题,降低盐渍土对环境温度的敏感性,首先,开展联合固化剂对超硫酸盐渍土强度的影响研究,并结合微观测试结果分析,构建联合固化剂掺量与强度之间的关系,对固化效果作出评价;其次,借助压汞试验对微观孔结构进行分析;最后,通过冻融循环试验揭示盐–冻胀力及盐–冻胀量的变化规律。结果表明:固化盐渍土强度增长效果显著,水化产物增强了盐渍土颗粒间的胶结作用。当联合固化剂掺量从0增加至30%时,固化盐渍土的孔隙率逐渐降低,孔径从超大孔向中小微孔演变;模型计算得到的分形维数逐渐增大,其中,Menger海绵模型与Neimark模型表现为多尺度分形,在中孔隙(0.1μm≤孔径<1.0μm)范围分形特征不明显,由热力学模型计算得到的分形维数DT在合理区间2.824~2.849变化,很好地表征了孔隙表面的分形特征。冻融循环10次后,相较未固化盐渍土,固化盐渍土盐–冻胀量削减了117%;盐渍土盐–冻胀力波动范围随冻融次数的增加而逐渐增加,固化盐渍土盐–冻胀力转变为周期性衰减,掺入的联合固化剂有效弱化了盐渍土盐–冻胀力。结合工程实际,建议渠道地基加固中水泥∶粉煤灰∶硅灰∶脱硫石膏质量比为1.00∶1.67∶0.83∶1.00,联合固化剂掺量为30%。

复合型固化剂固化黏土强度试验研究

为研究固化剂-黏土的强度特性,养护7 d后,对不同水泥含量的固化土采用单轴无侧限压缩试验。试件处于干燥和泡水两种状态,测得黏土、固化剂掺入黏土、固化剂与水玻璃掺入黏土三种情况下试件单轴无侧限抗压强度。分析黏土名义黏聚力c′的演化特征。试验结果表明:其他条件不变,随着水泥含量的增大,试件强度先减小后增大,当水泥含量(质量分数)为7%时,试件强度最低;加入固化剂后的泡水试件强度随着水泥含量的增大而增大;加入固化剂能显著提高试件的抗压强度;加入固化剂和水玻璃,试件强度与单独加入固化剂相差不大;名义黏聚力c′与无侧限单轴抗压强度变化规律一致。

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。

预拌流态固化土的工程特性研究进展及应用

工程建设过程中废弃物堆积问题促使固化技术产生及发展,固体废弃材料制备成流态固化土得到二次利用。预拌流态固化土是具有高强度、低渗透性、高流动性、造价低廉的新型环保材料,在各种回填工程、桩基处理、路基工程等广泛应用;同时,土壤固化技术还被广泛应用于沿江及滨海地区淤泥固化工程。本文从流态固化土的固化机理出发,总结了现有固化剂类型;从影响因素出发,分析了固化土无侧限抗压强度、抗剪强度、抗渗性及流动性等物理力学性质,为提高流态固化土性能提供参考;梳理了现阶段流态固化土的研究进展,并对固化土在实际工程中的应用进行总结,阐明了流态固化土在工程应用中的优点及存在的不足,为流态固化土在后续的工程中的推广提出了发展方向。

无机材料固化镉铅镍污染土的环境效应及失稳机制

固化污染土的环境效应是废土二次应用过程中需研究的工程问题。以镉、铅、镍污染土为研究对象,通过固化率指标初筛适宜固化材料配比,模拟干湿循环、长期浸水、高温、冻融循环环境,以浸出毒性指标评价水泥、水泥+粉煤灰、石灰固化后土体的环境效应,并结合微观形态及重金属形态分析,评价失稳机制。结果表明:无机材料可将土中重金属的固化率提高至90%以上,8%的石灰适用于镉污染土的固化,32%+8%的水泥+粉煤灰适用于铅及镍污染土的固化。水环境(干湿、浸水)条件下固化污染土均不存在环境风险,其浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中的限值;但无机材料固化污染土对温度(高温、冻融)敏感,特别是水泥、水泥+粉煤灰固化污染土,在温度超过70℃时的浸出毒性超过标准中限值,在冻融循环5~7次时接近标准限值。高温会促使重金属赋存形态从稳定态向非稳定态转化,冻融循环会破坏重金属-固化产物体系的结构。无机材料固化重金属污染土的应用需要考虑环境温度的影响。

深基坑狭窄肥槽预拌流态固化土回填施工技术

深圳市新华医院项目基坑肥槽具有深而狭长的特点,回填作用面狭窄,不便于机械设备夯实施工。为提高肥槽回填的施工效率和绿色低碳效益,提出采用预拌流态固化土进行回填施工,预拌流态固化土具有早期强度高、质量稳定和就地取材的特点,可采用溜槽的方式对肥槽进行分层浇筑,减少传统压实工序,快速完成回填。工程实践表明,预拌流态固化土回填施工技术有效解决了深基坑肥槽回填作业面受限的难题,保证了回填施工质量和安全,缩短了回填施工工期,具有显著的经济效益和环境效益。

水泥固化滨海软土动力特性研究进展与评述

水泥搅拌桩加固技术是滨海软土地基处理最常用也最有效的方法之一。充分掌握水泥固化滨海软土的动力特性及其动态演化规律,是确保水泥搅拌桩软土地基在密集地铁线网和持续波浪作用所产生的动力荷载下维持安全稳定的重要前提。本文对当前国内外水泥固化滨海软土的动力特性和本构模型进行综述,系统归纳和分析水泥固化滨海软土的动力试验类型、动力特性指标、动力本构模型以及动力特性优化方法,讨论当前水泥固化滨海软土动力特性研究的不足,探讨具有针对性的研究建议,为水泥土动力特性研究提供新的思考和思路。

工业固废-水泥协同固化工程弃土配比优选

为了推进工业固废资源化,同时有效提高工程弃土的利用率。选用高炉矿渣、钢渣、磷石膏3种常见的工业固废协同水泥,复配聚羧酸减水剂,对工程弃土进行固化处理。通过D-最优混料试验,确定固化剂的最优配合比为高炉矿渣:钢渣∶磷石膏∶水泥∶聚羧酸=59.9∶5∶20∶15∶0.1,在该配方下固化土的7 d无侧限抗压强度达到了5583 kPa。利用X射线衍射(diffraction of X-rays,XRD)试验和扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验对新型固化剂固化土的微观结构进行分析,结果发现固化土中生成大量的丝状物、针状物和絮状物,使孔隙减小,土体结构更加紧密。该研究成果不仅可为工业固废和工程弃土资源化处理提供参考,同时也为工程弃土二次利用提供一定的理论指导,具有较好的工程适用性。

基于现场湿度和损伤密度的固化土基层疲劳性能仿真

为了有效分析固化土基层在现场湿度分布下的疲劳性能,构建了考虑现场湿度的固化土路面结构数值仿真计算框架。首先基于平衡基质吸力的求解和回弹模量的预估,实现了固化土路面结构内部由于应力依赖和湿敏性引起的材料非线性力学性能的表征;然后基于能量力学法和损伤力学理论构建了非饱和固化土基层疲劳性能仿真理论建模方法;最后利用Comsol Multiphysics软件分析程序中的PDE⁃FE方法实现了在湿度场和应力场耦合作用下的非饱和固化土基层疲劳性能仿真计算。结果表明,该数值仿真计算框架可以较好地实现固化土路面结构的疲劳仿真分析,能够考虑现场湿度分布的影响,从而得到固化土路面结构内部真实力学响应。