锕系核素污染沙土的铝热剂SHS固化模拟实验

为探索对锕系核素污染沙土进行玻璃或陶瓷固化的有效途径,采用了铝热剂自蔓延高温合成(SHS)固化的模拟实验。主要进行了铝热剂粉末SHS固化的原理分析、模拟物质的选择、单质铁中模拟物质的含量、固化体中模拟物质浸出率的实验等。结果表明,固化体中模拟元素铈、铒的浸出率为10-3～10-5g.m-2.d-1量级;X射线衍射分析、扫描电镜观察发现,固化体中含有模拟元素铈、铒的硅酸盐晶体,晶体周围分布着大量玻璃体;单质铁相中模拟元素含量极低。用铝热剂可以固化锕系核素污染的沙土。

含沙铝热剂对受爆炸作用有毒物质的SHS固化

为了固化在爆炸作用下飞散的有毒物质，采用了在含有有毒物质的爆炸装置周围铺设含沙铝热剂粉末而实现自蔓延高温合成（SHS）固化的方法，进行了含沙铝热剂粉末对爆炸驱动的有毒物质封闭固化的原理分析和模拟实验、固化体中有毒物质浸出率的模拟实验等．结果表明，含沙铝热剂粉末可以有效封闭和固化有毒物质；固化体中示踪元素锶、铒、铈的浸出率为10^-7～10^-9g·cm^-2·d^-1量级；X射线衍射分析、扫描电镜观察发现，固化体中含有示踪元素锶、铒、铈的硅酸盐晶体，晶体周围分布着大量玻璃体．

水泥和SH固化剂复合改性风积沙路基土动力特性研究

为研究水泥与SH固化剂复合改性沙漠风积沙的动力特性,以水泥和SH固化剂为材料,以最优含水率为定值,研究复合固化材料含量对试验土体的影响。本实验共制试样26组,每组3个试样,开展了固结不排水振动三轴试验和核磁共振试验,分析了2种材料的复合固化机理及力学特性;通过核磁共振试验揭示掺入SH固化剂后试样的微观孔隙变化规律,从而对固化剂的改良效果进行评价。结果表明:(1)单一水泥固化效果比2种固化材料复合固化土体的效果较差。2种固化材料复合能起到较好的固化效果,固化后的土体内部结构更为稳固。(2)掺量为11%的水泥和0.5%的SH固化剂的固化效果在所有工况下为最优。(3)单掺水泥后土体的应力应变曲线表现为应变软化型,加入SH固化剂后应力应变曲线表现为应变硬化型。研究结果可以为沙漠地区公路建设提供理论依据。

高分子材料SH固化轻质土的压缩变形特性

为研究由原料土、聚苯乙烯颗粒和高分子材料SH固化剂混合而成的高分子材料固化轻质土的压缩变形特性,在单向压缩试验的基础上,对高分子材料固化轻质土的压缩变形规律、机制以及水环境对压缩变形特性的影响进行分析.根据试验结果:(1)提出了适合该轻质土的广义孔隙比概念,建立了高分子材料固化轻质土压缩变形曲线预测模型,模型能较好的反映孔隙比随荷载的变化;(2)水环境作用下高分子材料固化轻质土的压缩变形曲线表明干湿循环和浸水初期,固化轻质土的压缩变形量受水环境影响较大,随着循环次数的增加和浸水时间的延长,水环境变化对轻质土压缩变形量的影响逐渐减弱.

SH固化剂复配无机材料加固黄土抗侵蚀试验研究

在强降雨作用下,黄土路基边坡坡面土体易发生侵蚀,对道路工程和行车安全造成危害。为分析不同固化材料对黄土边坡抗侵蚀性能的改良效果,利用人工降雨模拟试验,对高分子材料SH、水泥和石灰3种固化剂掺入后坡体的抗侵蚀能力进行对比研究,采用产流时间、总产沙量和总径流量等指标进行定量评价,并分析了不同固化剂对黄土边坡抗侵蚀性能的影响机理。试验结果表明:SH固化剂能够降低边坡的产沙速率和产沙量,其浓度为8%时提升效果最佳,继续增加浓度后提升效果不明显;石灰、水泥在降低产沙速率和减少产沙量方面优于SH,但会大幅度降低坡体的渗透性能,导致产流时间提前和坡面径流量增加;将3种固化剂复合掺入后可以弥补单一固化剂的缺点,全面有效地提高黄土边坡的抗侵蚀能力。

冻融循环对新型高分子材料SH固化黄土力学特性的影响试验研究

西北和华北地区广泛分布的黄土受到季节性冻融循环的破坏,导致黄土构筑物强度逐渐降低,引发各种不良问题。采用新型高分子固化剂(SH)对黄土进行固化,开展室内冻融循环对固化黄土抗压、抗剪强度影响的试验研究。结果表明:加入固化剂SH可以显著提高黄土的抗压强度,SH掺量越高,黄土抗压强度提升越大,经冻融循环后强度损失率越小,质量损失率越低,试样完整性越好;固化黄土的抗剪强度随冻融循环次数增加而减少,冻融循环对黏聚力影响明显;固化黄土经历3~4次冻融循环后黏聚力与内摩擦角下降最大,5次后下降幅度减小并渐趋于稳定。试验结果为固化剂SH在黄土冻融区的推广及应用提供参考,并为黄土冻融区治理提供一些理论依据。

固化黄土的干湿循环特性研究

抗干湿循环能力是检验固化土耐久性能的重要指标，研究固化黄土的干湿循环特性具有较重要的意义。本文利用高分子材料SH固化剂对黄土进行固化改良，就固化黄土抗压和抗剪强度受干湿循环变化的影响开展室内模拟试验研究。试验结果表明：SH固化黄土试样经过干湿循环后，强度整体下降，但是仍远高于素黄土强度。随干湿循环次数的增大，抗压强度呈指数衰减，SH掺量增大，循环后的强度损失减小，质量损失率非常小，完整性良好。抗剪强度随干湿循环次数的增大而减小，干湿循环对SH固化黄土的黏聚力影响明显。不同掺量的SH固化黄土试件经3次干湿循环黏聚力下降，第4次循环后略有增大再下降，经多次循环下降平缓。经3～4次干湿循环的固化黄土试件的内摩擦角均有不同程度的降低，随后基本趋于稳定。由于增湿与脱湿过程中水分质量的变化，试样的质量和体积呈波状起伏变化。对掺量为10％的固化黄土应力应变关系分析得出其应变具有硬化特征。大于10％的SH固化黄土干湿循环之后仍然保持较高和较稳定的强度，能抵抗15次干湿循环，进一步说明了SH固化黄土的水稳性良好。SH固化剂在运用于黄土抗干湿循环方面具有明显的作用，因而具有较广阔的应用前景。

滨海盐渍土固化后物理力学性能试验研究

滨海盐渍土中易溶盐遇水溶解,引起强度明显下降,变形增大,严重影响其作地基或路基填料的工程性能.本文从力学强度和变形特性两个方面,系统研究了二灰(石灰与粉煤灰)和高分子材料-SH固土剂对滨海盐渍土的物理力学性能的影响,为实际工程提供依据.试验结果表明:与素土相比,二灰固化滨海盐渍土的抗压强度、抗剪强度指标和压缩模量明显增大;与二灰固化滨海盐渍土相比,SH二灰固化滨海盐渍土的浸水抗压强度、饱和情况下抗剪强度指标和饱和情况下压缩模量有较大幅度提高,渗透系数减小,密实性增强.

含水率和干密度对固化黄土抗剪强度的影响

固化黄土的强度受固化剂种类及掺量、含水率和干密度等因素的影响。以新型高分子材料SH固化剂固化黄土为研究对象,制作固化体试件,通过直接剪切试验,分析不同含水率和干密度条件下固化黄土的抗剪强度特性,并与黄土进行对比。结果表明:在固化剂掺量一定的情况下,含水率和干密度是影响固化黄土抗剪强度的两个主要因素,随着含水率的提高,固化黄土的抗剪强度指标降低,即黏聚力和内摩擦角明显减小;随着干密度增大,黏聚力及内摩擦角显著增大;黏聚力随含水率和干密度变化的幅度均大于内摩擦角的。分别得到了固化黄土黏聚力和内摩擦角与含水率、干密度的量化关系式。黄土的抗剪强度指标也有与SH固化黄土类似的变化规律。固化黄土的剪应力与剪切位移关系曲线表现为硬化型,而黄土则呈现弱应变硬化现象,在较低含水率条件下呈脆性剪切破坏。

SH加固酸碱污染黄土的抗压强度特性试验研究

采用人工添加化学试剂的方法改变黄土pH值,模拟制备得到酸碱污染黄土,用新型高分子土固化剂SH加固酸碱污染黄土。以污染黄土pH值为主要评价指标,通过无侧限抗压强度试验,测定不同SH固含量下酸碱污染黄土的抗压强度及其应力应变关系,及在不同污染条件下SH的加固效率。SH加固效果最优的pH值在6.43~10.90,最低固含量阈值为0.27%。借助于IMAGE J软件对SEM显微照片进行处理,得到了不同污染黄土加固前后的微观结构参数变化。酸碱污染物与黄土中的矿物成分发生反应造成颗粒间胶结物质被腐蚀;碱性污染土的大孔隙明显增多,试样产生膨胀,结合水膜增厚,削弱了整体强度;酸性污染土中,颗粒间结合水膜变薄使得颗粒间的连接强度大为增加。酸碱既对SH有直接作用,又通过改变物化性质对SH加固效果产生影响,整体来看SH对偏酸性环境更加敏感。

新型高分子材料固化黄土的抗剪强度特性

固化黄土的强度问题关系到黄土地区边坡、公路路堤等处理工程的安全稳定。以山西太原地区黄土,掺入新型高分子固化材料SH形成固化体,就不同掺量、干密度和含水率等变化因素条件下的固化黄土进行直接剪切试验,测定固化黄土的抗剪强度,分析抗剪强度指标的影响因素和变化特性。结果表明,固化剂SH掺量、含水率和干密度等是影响固化黄土抗剪强度的重要因素;内聚力和内摩擦角随着SH掺量和固化体干密度的增大及风干养护时间的延长而增大,而随含水率的增大内聚力呈指数式衰减,内摩擦角为多项式分布递减。实际应用时可以通过增大固化剂掺量和干密度、控制含水率而满足黄土固化工程需要和稳定安全。与条件基本相同的水泥和HEC对比发现,SH固化黄土的抗剪强度高于水泥和HEC。

生态复合改性黄土抗水蚀与强度特性试验研究

针对在降雨条件下,裸露的黄土边坡土体极易发生侵蚀,造成严重的水土流失问题,提出采用新型SH固化剂、木质素磺酸钙与水泥生态复合改性加固黄土的治理方法。通过单掺试验,初步确定了三种固化材料对黄土固化效果的影响规律与掺量范围;通过正交试验,确定了适宜黄土边坡植被护坡的复合改性配方的最优配比为0.5%掺量木质素磺酸钙、4%掺量SH和2%掺量水泥,在该配方下固化土的7 d无侧限抗压强度达到了2.43 MPa,满足护坡强度的要求,且耐水性能明显提高;利用扫描电镜试验,对比分析了复合改性前、后固化土的微观形貌结构变化,结果表明水泥水化产物填充孔隙与胶结土颗粒,木质素磺酸钙与黏土颗粒发生离子交换作用,SH高分子链搭接土颗粒且分子链间相互交联,三者共同促进土颗粒形成团聚结构,从而提高了土体的强度和水稳定性。该研究可为生态护坡工程中土壤的加固提供参考。