Strength Model of Soda Residue Soil Considering Consolidation Stress and Structural Influence

Soda residue(SR)is a type of industrial waste produced in the soda process with the ammonia-soda method.Applying SR to backfilling solves the land occupation and environmental pollution problems in coastal areas and saves material costs for foundation engineering.The strength characteristics of soda residue soil(SRS)under different consolidation conditions are the key points to be solved in the engineering application of SRS.Triaxial compression tests were performed on the undisturbed SRS of Tianjin Port.The shear properties of SRS under different consolidation conditions were then discussed.Meanwhile,a structural strength model(SSM)based on Mohr-Coulomb theory was proposed.SSM reflects the influence of soil structure on undrained strength(Cu)and divides the Cu into the following two parts:friction strength(C_(uf))and original structural strength(C_(u0)).C_(uf)characterizes the magnitude of friction between soil particles,which is related to the consolidation stress.Meanwhile,C_(u0)represents the structural effect on soil strength,which is related to the soil deposition and consolidation processes.SSM was validated by the test data of undisturbed soils.Results reveal that the undisturbed soil generally had a certain C_(u0).Therefore,the SRS strength model was established by combining the experimental law of SRS with SSM.Error analysis shows that the SRS strength model can effectively predict the Cu of undisturbed SRS in Tianjin Port under different consolidation conditions.

考虑地下水位影响的碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输试验研究

关于碱渣土地基环境下钢筋混凝土结构耐久性问题,尚未见相关研究成果,是有待研究的课题。为探究碱渣土地基混凝土内氯离子传输规律,本工作模拟真实碱渣土地基及地下水侵蚀环境,设计了三种地下水位-0.2 m、-0.5 m、-0.8 m,开展半埋于碱渣土地基的混凝土氯离子自然扩散试验,探究不同地下水位环境下混凝土地表吸附区及地下区域的氯离子分布规律。结果表明,地表吸附区由于其蒸发浓缩及毛细作用,氯离子浓度高于地下区域。氯离子浓度随地下水位的变化呈现较大差异,地表吸附区氯离子浓度随地下水位的升高呈下降趋势,地下区域地下水位的影响主要体现在试件与水位的相对位置,地下水位以下区域氯离子浓度高于地下水位以上区域。在此基础上,探究碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输机理,基于Fick第二定律定量研究了地下水位对表面氯离子浓度及扩散系数的影响,建立考虑地下水位影响的氯离子传输时变模型,通过与实测结果对比印证了模型的正确性,本模型可为实际工程中定量评估不同碱渣土侵蚀环境下混凝土内氯离子浓度以及服役寿命预测提供技术支持。

碱渣土蠕变特性试验及数值模拟研究

碱渣土孔隙比大、含水量高、压缩性大,研究其蠕变特性对于准确预测碱渣土地基长期沉降、确保上部结构长期稳定性具有重要意义。以天津港碱渣土为研究对象,采用分级加载-卸载的方式对不同深度处碱渣土进行一维压缩固结试验(包括卸荷回弹与再压缩试验)。通过试样孔隙比随上部固结压力的变化曲线分析了碱渣土的压缩特性;利用“陈氏法”对分级加载过程的应变-时间试验数据进行处理,得到不同深度处碱渣土在不同固结压力下的应变-时间蠕变曲线。在此基础上,根据蠕变曲线衰减稳定规律以及应力-应变等时曲线所反映的非线性蠕变特征,提出采用Merchant元件模型对蠕变试验曲线进行拟合,并确定模型中3个参数的经验计算公式,建立碱渣土非线性蠕变模型。最后,通过编制有限元子程序实现数值开发,将数模计算值与蠕变试验数据、天津港碱渣土地基沉降实测值进行对比,验证所开发数值模型的合理性。

菌糠预腐解与蚯蚓对苏打盐碱土改良效果的研究

为实现高添加量菌糠与蚯蚓对苏打盐碱土的快速改良,本研究利用预腐解菌糠与蚯蚓对苏打盐碱土进行改良,探究了在苏打盐碱土中添加大量菌糠预腐解后再接种蚯蚓对蚯蚓的影响,以及二者共同作用对苏打盐碱土水稳性团聚体分布、盐碱化程度、土壤养分及有机碳和水溶性有机碳的影响。结果表明:将15%、20%、25%、30%的菌糠添加到苏打盐碱土中先进行预腐解再接种蚯蚓,可以显著增加蚯蚓的存活率和日增重倍数,使蚯蚓的存活率基本保持在90%以上。在苏打盐碱土中添加15%~30%的菌糠预腐解后再接种蚯蚓显著增加了>2mm的水稳性团聚体数量,降低了土壤pH,提高了土壤电导率,增加了苏打盐碱土中的阳离子交换量(增加量为4.8~10.2 cmol·kg^(-1)),降低了苏打盐碱土的碱化度(下降2.7~4.0个百分点),显著增加了土壤速效氮磷钾含量,显著提高了土壤有机碳含量、水溶性有机碳含量及芳香度,促进了类腐植酸物质的生成。研究表明,大量菌糠预腐解后再接种蚯蚓能够快速高效地改良苏打盐碱土。

碱渣泡沫轻质土路基的施工方法及抗压强度测试

碱渣是氨碱法生产纯碱时产生的废渣,其大量堆积会污染环境。利用原状碱渣制备碱渣泡沫轻质土,并将其用作连云港至宿迁高速公路徐圩—灌云段的路基填料;优化施工方案,提出碱渣泡沫轻质土路基的施工方法;测定抗压强度,并将其与设计值及规范值进行对比。研究表明,碱渣泡沫轻质土的施工方法简单,抗压强度符合设计及规范要求。碱渣泡沫轻质土可替代传统泡沫轻质土,达到节约水泥、减少碳排放和降低工程造价的目的,具有广阔的应用前景。

不同吸水环境下碱渣固化淤泥毛细吸水和强度性质

地下水位以上的固化淤泥中存在毛细吸水现象,可能会对固化淤泥的耐久性产生不利影响。以碱渣、矿渣和电石渣对淤泥进行固化处理,开展不同吸水环境下固化淤泥的毛细吸水、无侧限抗压强度、X射线衍射和核磁共振试验,研究毛细传输系数和强度的变化规律及其微观机理。研究表明,固化淤泥毛细管系数与吸水系数之比为2.3~3.2;固化淤泥的吸水系数和毛细管系数随碱渣掺量的增加先减后增,在碱渣掺量为25%(质量分数,下同)时最小,对应毛细孔体积也最小;随着水中含盐量增加,更多的钙矾石生成并发生氯化钠的迁移和聚集,毛细孔体积增多,孔径增大,毛细吸水能力增强,导致固化淤泥的毛细吸水系数和毛细管系数增大,无侧限抗压强度降低。在海水环境下毛细吸水使碱渣固化淤泥强度损失比水泥固化淤泥更严重。以碱渣等工业固体废弃物作为淤泥固化剂时,需考虑毛细吸水对固化淤泥耐久性的不利影响。

水泥-碱渣固化高含水率海相软土力学性质试验研究

为了解决低剂量水泥单独固化高含水率海相软土早期强度不足及固废碱渣资源化利用率低等问题,采用水泥、碱渣联合固化高含水率软土。通过30种不同质量配比的无侧限抗压强度试验得出,水泥-碱渣固化高含水率海相软土试样的无侧限抗压强度不仅与水泥、碱渣的掺量有关,还受到软土含水率的控制。在无侧限抗压强度研究基础上,推荐优选配比(碱渣、软土、水泥质量比为30∶70∶6),其7 d无侧限抗压强度为682.7 kPa。优选配比固化土的加州承载比(CBR)和回弹模量满足各级公路路基填料的指标要求。通过对高含水率软土中水的影响以及固化土级配和微观结构分析得出,水泥-碱渣固化高含水率软土的力学强度主要来源于碱渣吸水作用、碱渣骨架作用以及各组分材料化学反应的作用。化学作用产生的C-S-H,C-A-H和Aft等凝胶物质共同密实结构,提高固化土强度。研究结果可为固废物固化高含水率软土在路基中的应用提供理论支持。

路用碱渣复合土水稳定性试验研究

利用碱渣制备路用碱渣复合土,能够规模资源化利用固废碱渣,减低道路建材成本,但碱渣复合土的水稳定性对于材料的性能至关重要。论文设计试验测试了不同碱渣掺量条件下,碱渣复合土无侧限抗压强度与水稳定性,分析了碱渣掺量对碱渣复合土水稳定性的影响规律及作用机制。研究表明:碱渣含水率较高,偏碱性;强度较低,不适宜单独作为工程土直接使用。碱渣掺量在0~4%范围内,碱渣复合土试件7d浸水UCS和未浸水UCS均呈现出先增加后减小的变化规律,强度与水稳定性系数均在碱渣掺量2%时达到最高,因此,当碱渣掺量2%、水泥掺量2%、石灰掺量2%时,强度最高,水稳定性最好。适量碱渣,在碱渣复合土体系中,主要起微集料充填效应、水化反应生成胶凝物等作用,提高材料致密程度,改变材料渗透性,共同提高水稳定性。但过量碱渣,将导致碱渣复合土水强度降低,水稳定性变差。研究结果可为碱渣在道路领域再生利用与路用材料性能改良提供借鉴。

掺入粉煤灰软黏土的复合碱渣土力学特性探究

为探究承载性能优良且经济适用的碱渣地基土方案,设计了24种掺入粉煤灰和软黏土的复合碱渣土,并且综合无侧限抗压强度与经济指标,通过模糊评价法确定了复合碱渣土的最优配合比,同时对其进行了劈裂抗拉试验、静力三轴试验和蠕变试验.结果表明:软黏土、粉煤灰均对碱渣有明显加固作用,软黏土的加入可减少粉煤灰的用量,具备较好的经济适用性;复合碱渣土的劈裂抗拉强度与其无侧限抗压强度之比为0.15;固结围压对复合碱渣土不排水强度的影响最大,超固结比次之,固结比最小;当上部荷载未达到长期强度时,复合碱渣土的蠕变特征较为稳定且数值极小.

碱渣土的触变性与扰动后强度演化规律研究

碱渣是氨碱法制碱过程中产生的工业废渣,作为地基回填土应用于工程建设可以有效解决占地和环境污染问题.关于碱渣土的基本物理、力学性质和静力学特性已开展了一些研究工作,但与天然沉积土相比,碱渣土通常具有更高的含水率与更大的孔隙比,在外部荷载扰动下的触变性是其应用于工程实践中需要解决的关键问题.以天津港原状碱渣土为研究对象,开展振动-静置试验和无侧限抗压强度试验,研究了不同振动时间、振动频率及静置时间下碱渣土的触变性,结果表明:振动时间、振动频率对于碱渣土强度影响显著,静置过程中土体强度随时间增长恢复速度逐渐减缓,且无法恢复至扰动前的强度.引入触变强度比率A量化振动-静置过程对土体强度的影响,提出考虑振动时间、振动频率及静置时间的碱渣土触变强度模型.在此基础上,进一步开展振动-静置循环试验,研究了不同振动-静置循环次数与静置时间下碱渣土触变强度的演化规律,发现随着振动-静置循环次数的增加,土体累积的结构性损伤逐渐增多,强度恢复程度将持续减小.通过对试验数据的统计分析,建立了振动-静置循环条件下的碱渣土触变强度演化模型,并用试验实测值验证了演化模型的正确性.

水泥-碱渣改良膨胀土干湿循环耐久性及其劣化机制试验研究

通过系统的室内试验对水泥-碱渣改良膨胀土的工程性质及其干湿循环耐久性进行评价,并通过微观测试技术分析了改良机理以及干湿循环劣化机制。结果表明,经水泥-碱渣改良后,膨胀土的液限、塑性指数和自由膨胀率明显减小,无侧限抗压强度显著增大;降低水泥-碱渣质量比引起的工程性质劣化可归因于复合型化合物CaO·SiO_(2)·CaCO_(3)·nH_(2)O的胶凝性能比典型水化胶凝产物弱。干湿循环初期,试样宏观形貌及无侧限抗压强度无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试样强度明显减小,其宏观破坏特征表现为剥落。干湿循环作用下,改良土的微观劣化作用机制在于水化胶凝产物对土颗粒或团聚体的胶结作用遭到破坏,以及微裂缝的发育及扩张。

碱渣轻质固化技术及大变形力学特性研究

直接将碱渣堆放或排入海中都会造成环境污染,将碱渣转化为可在工程中直接应用的土工材料,实现废物利用势在必行。本文通过正交试验,以7 d无侧限抗压强度为指标,选出滨海软土、碱渣、水泥、生石灰、粉煤灰和自制发泡剂等的最优配比,制成碱渣固化轻质土,并对其进行室内试验。结果表明,碱渣固化轻质土具有较强结构性,在养护龄期超过28 d后,无侧限抗压强度增长幅度减缓,可将28 d作为临界养护时间。利用环剪仪研究了碱渣轻质固化土的大变形力学特性,在静力载荷下,同一法向应力时,试样的峰值强度和残余强度随密度增大而增大,软化现象也越明显;同种密度时,随着法向应力的增大,峰值强度和残余强度都增大,但软化却越不明显。在动力载荷作用下,当最大法向应力大于土体结构屈服应力时,振幅、频率和振次对试样残余强度具有较大的影响。该研究为碱渣有效处理提供了参考,具有一定的工程应用价值。

水泥和碱渣固化含铅重金属污染土特性试验研究

【目的】改良重金属污染土修复工程中常用的水泥固化/稳定法技术。【方法】以“氨碱法”制碱工艺的碱渣作为添加剂,通过室内试验研究水泥固化含铅重金属污染土的无侧限抗压强度及毒性浸出特性。【结果】固化土强度随养护龄期的增大逐渐提高,随铅离子含量的增大逐渐减小;与单一水泥固化含铅重金属污染土相比,碱渣的掺入使水泥固化土早期强度提高10%~25%,长期强度降低20%~30%,固化土对铅离子的吸附性能得到提高,不同浸出方法中浸出液铅离子浓度随碱渣掺入量的增大逐渐降低。【结论】碱渣的掺入提高了固化剂对铅离子的吸附性能,与等量单一水泥相比,其浸出液中铅离子浓度大幅度降低。

纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能

利用纳米硅粉对碱渣-矿渣固化淤泥抗硫酸镁侵蚀性能进行改良,对MgSO_(4)溶液浸泡后的固化淤泥试样开展无侧限抗压强度、核磁共振和X射线衍射试验,研究硅粉掺量、养护龄期、浸泡时间对固化淤泥强度的影响规律及其微观机理。研究表明:在标准养护条件下,当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥试样的孔隙体积最小,无侧限抗压强度最大,生成水化铝酸钙等产物。在MgSO_(4)侵蚀环境下,标准养护7 d试样具有很好的抗侵蚀能力,当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥抗MgSO_(4)侵蚀能力最好,无侧限抗压强度随浸泡时间的增加而增大;标准养护28和60 d时,固化淤泥抗MgSO_(4)侵蚀能力减弱。建立了固化淤泥无侧限抗压强度与硅粉掺量及浸泡时间的关系式,预测了最危险条件和最低强度。适量的纳米硅粉可增加固化淤泥中水化速度和程度,减少钙矾石的生成量及其不利影响,达到提高碱渣固化淤泥抗MgSO_(4)侵蚀性能的目的。

碱渣改良膨胀土室内试验研究

通过室内试验,探讨利用碱渣作为添加剂对膨胀土改良的可行性和改良效果和碱渣改性土的基本物理力学性质和膨胀性。研究结果表明,随着掺渣率的增加,碱渣改性土的黏性成分的含量降低,粗颗粒含量增加,导致相对密度、液限、塑性指数、自由膨胀率、有荷膨胀量均呈明显减小趋势,这说明碱渣对膨胀土膨胀性的改良有显著效果;碱渣改性土可击实含水率范围较之膨胀土宽,这给碱渣改性土的施工带来很大方便;经过7 d养护后的土样无侧限抗压强度和抗剪强度都显著增加,并在掺渣率为30%时存在一个峰值点。抗剪强度增强主要体现在黏聚力显著增加,而内摩擦角变化不大。

碱渣土的真空-电渗联合排水固结特性试验研究

文中给出了碱渣土的真空预压排水法和真空-电渗联合法排水固结的对比试验结果,分析了真空-电渗联合法的排水固结机理.室内模型试验结果表明,真空预压排水法和真空-电渗联合法对碱渣土均具有明显的排水效果,且真空-电渗联合法比真空预压法的排水效果更加显著.尤其是在真空预压排水结束后,真空-电渗联合法仍产生明显的排水效果,具有水头梯度下的排水固结和电场作用下的电渗排水固结两方面的排水固结机理,因而比单纯的真空预压的排水速率快,排水固结量大.文中结果可扩展用于对软土地基的加固.

碱渣土的振动排水固结特性试验研究

在土动三轴仪上模拟碱渣土压滤排水条件的基础上进行振动排水固结试验,根据不同固结压力、振幅和频率情况的试验与静压排水固结试验的比较,分析了振动排水固结特性以及振动排水效应,总结出振动排水的作用机制。试验表明,振动作用可明显地提高排水速度,增加排水量;固结压力、振幅和频率对碱渣土的振动排水效应产生明显影响。由此试验结果分析了现行碱渣土压滤技术脱水效果不佳的原因。给出的试验结果和振动排水的机制分析,对改进当前碱渣土压滤脱水技术及其工艺设计具有重要的指导意义和实用价值。

碱渣固化铅污染土淋滤特性试验研究

以人工制备的铅污染土为研究对象,选用碱渣作为固化剂,利用毒性浸出试验(Toxicity characteristic leaching procedure)评价了碱渣固化/稳定铅污染土的修复效果.通过分析Pb2+初始浓度、碱渣掺量及养护龄期对浸出液中Pb2+质量浓度及pH值的影响,探讨了碱渣固化土体中Pb2+的滤出特性.试验结果表明,增加土体中Pb2+含量可导致Pb2+滤出质量浓度增大,而增加碱渣掺量和养护龄期可有效降低浸出液中Pb2+质量浓度.此外,浸出液pH值的变化主要受碱渣掺量和养护龄期的影响.

C-S-H凝胶对掺元明粉碱渣拌合土性能的影响

为综合利用工业废料——碱渣,将其与粉煤灰按一定比例混合,并掺加一定量的元明粉,制成碱渣拌合土。通过SEM、FTIR、EDS、XRD和无侧限抗压强度五种试验方法,对比分析不同配比下的试样外貌、结构特征及力学性能。研究表明:1经SEM和FTIR分析,强碱条件下碱渣拌合土有新物质C-S-H凝胶体生成。2经EDS和XRD分析,碱渣拌合土随元明粉相对掺量的增加,生成C-S-H凝胶含量和晶体含量也增多,且C-S-H凝胶生成量与Ca/Si比值大致呈正比增长关系。3随着C-S-H凝胶体生成量的增加,碱渣拌合土试件的强度也逐渐增大,但拌合土体强度并不是完全由C-S-H凝胶所提供。28d龄期C-S-H凝胶生成量使碱渣拌合土试样抗压强度达到2.4~5.33MPa,足可满足公路路堤填垫的承载力要求。研究结论为碱渣和粉煤灰的治理提出了新思路。

利用碱渣和粉煤灰制取工程土的室内试验研究

碱渣是氨碱法生产纯碱时产生的工业废料,将碱渣与粉煤灰拌和制成工程土,并对其进行室内物理力学指标试验研究.结果表明,新型工程土无侧限抗压强度介于0.22～0.28 MPa之间,一定程度上能将其应用于工程实际,能够合理地解决碱渣废料的堆积及污染问题.