偏高岭土协同石灰钝化红黏土水敏性的机制

红黏土水敏性强,添加石灰等碱性材料处治后,能获得即刻的改良效果,但由于红黏土呈弱酸性,石灰改良后其长期性能会衰减。为提高石灰稳定红黏土(简称La+L)的长期性能,添加偏高岭土(4%)协同石灰(5%)稳定红黏土(简称La+L+MK),改善其水敏性和酸-碱互损作用。制备8种初始含水率的压实试样(初始孔隙比相同),养护到预定时间后开展无侧限抗压强度试验,同时,测定试样的钙离子浓度、电导率和pH值。结果表明:初始含水率为26%左右时,改良土的无侧限抗压强度最高,初始含水率偏高或偏低都不利于改良土的强度增长。究其原因,试样偏干时,缺少水分,石灰水化不充分,不能形成游离态钙离子,无法进行火山灰反应,颗粒之间无法形成胶结;试样偏湿时,火山灰反应形成的胶结强度不及过量水分引起的基质吸力丧失量。试样的钙离子浓度和电导率变化规律,证实了以上原因解释的猜想。当然,添加偏高岭土后,能够显著改善偏湿状态下的石灰土强度。即使浸水饱和后,相对石灰改良土,也能够保持较高的强度,充分证明偏高岭土能够有效降低石灰土水敏性,提高其耐久性。偏高岭土直接提供了大量硅、铝氧化物,且将土体pH值降到有利于硅、铝氧化物溶解的碱性范围,加速火山灰反应,缓减或抑制石灰-红黏土的互损作用。

处治红黏土团粒的表层硬化与粒间胶结效应

红黏土易成团,难以打散,用石灰等处治时,实际附着于团粒表面,造成内外混合不均匀。以两种团粒尺寸分布的红黏土(Dmax=5.0 mm和Dmax=0.5 mm)为研究对象,开展收缩、压缩和直接剪切等水-力特性试验,评价处治红黏土团粒表层的硬化与粒间胶结效应。研究表明,黏土的团粒尺寸、含水率和处治方式显著影响处治效果。与仅用石灰处治方式相比,偏高岭土-石灰联合处治的方式更好,其压缩性降低、黏聚力提高且收缩性减少;不过,红黏土的团粒尺寸大小也会影响处治效果,团粒尺寸大者的水-力性能改善效果不如尺寸小者。由此推测,经过处治后,红黏土团粒表层形成了"硬壳",提高了团粒的抗压缩能力和表面粗糙度;团粒之间形成了胶结,抑制了其收缩行为,而且提高了黏聚力;但当团粒尺寸变大后,偏高岭土-石灰处治的影响范围局限于团粒表层,团粒尺寸效应削弱了偏高岭土-石灰的处治效果。

磷石膏基超硫酸盐水泥水化过程中胀缩行为研究

磷石膏基超硫酸盐水泥(PSSC)水化时存在体积胀缩行为,这种行为对工程建筑的稳定性是否产生不利影响尚不明确,因此明晰该行为的产生机制至关重要.为探究PSSC的胀缩机制,开展了“恒体积法”膨胀力、体积胀缩量、水化热、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)试验,研究水化热、失水率、各水化产物的含量、水化物的晶体形态对体积胀缩的影响;通过汞孔隙法(MIP)进一步揭示胀缩行为对结构孔隙的影响.结果表明:水化前期,水化温度急剧上升,水化产物中钙矾石呈放射状生长,引起PSSC迅速膨胀;水化中期,PSSC的膨胀速率随着钙矾石生成速率的减缓而降低;水化后期,PSSC体系的持续失水导致其体积略有回缩.MIP结果进一步证明,胀缩行为使得孔隙结构更加密实.

水泥增强磷石膏-膨润土强度及污染物固定的验证

膨润土作为磷石膏吸附剂,具有较好的磷(氟)固定效果,但其混合物作为道路填筑材料时,通常无法满足力学性能要求,为探究水泥能否提高磷石膏-膨润土混合物的力学性能,以及能否协同膨润土固定磷石膏中的磷(氟)污染物,制备了掺水泥、不掺水泥以及不同掺量水泥的混合料,压制试样,并分别进行雨水淋滤模拟试验和无侧限抗压强度测试.结果表明:掺加水泥后,试样的无侧限抗压强度以及磷(氟)污染物固定效果均有所提高,在同一养护期下,水泥添加量越多,试样无侧限抗压强度越高,磷(氟)污染物固定效果越好,添加量达到5%时,试样的无侧限抗压强度可达到5.31 MPa,满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034—2000)中的要求.本文探究结果成功验证了水泥增强磷石膏-膨润土混合物强度性能及其磷(氟)污染物固定效果的可行性,为磷石膏在道路填筑材料的应用提供了一定的参考价值.

石灰-红黏土互损行为与偏高岭土减损机制

红黏土成团现象突出,导致石灰处治红黏土时难以拌和均匀;同时,红黏土呈弱酸性,石灰与黏土会发生互损作用,最终影响处治效果。首先,从水分子与黏土矿物的电荷分布特征角度,解释了红黏土呈弱酸性的原因;然后,通过酸、碱溶液浸泡石灰处治红黏土,模拟石灰-红黏土的互损行为;最后,提出应用偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损的方法。为此,选择两种团粒尺寸的红黏土,掺入不同比例的偏高岭土和石灰,并评价其无侧限抗压强度。结果表明,与仅用石灰处治的红黏土相比,掺入偏高岭土过多或过少都不利于其强度提高,掺量为5%效果最佳,验证了偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损行为的可行性。偏高岭土与石灰快速反应,不仅生成了以离子键结合的硅、铝酸胶结物,还生成了以共价键结合的网状胶结物,而且后者具有明显的抗酸侵蚀能力,从而解释了偏高岭土能够减少石灰-红黏土互损的内在原因。

处治红黏土水-力性能的团粒尺寸效应

红黏土因高黏粒含量和高含水率而易于成团,当掺入石灰或水泥处治时,会存在拌和不均的难题,进而影响处治效果。选择4组红黏土,其最大团粒尺寸D为5.0,2.0,1.0,0.5 mm。按照干质量比,偏高岭土∶石灰∶红黏土=5∶5∶90配置试样。然后,喷入蒸馏水增湿到含水率33.2%;最后,压实成型养护至预定龄期,再开展水-力性能和微观特性等试验。结果表明,随着最大团粒尺寸变大,处治红黏土线收缩率增大、无侧限抗压强度降低;但掺入偏高岭土后,相同团粒尺寸的处治土收缩性得到抑制,强度也得到提升。究其原因,红黏土团粒尺寸大,石灰只能附着在团粒的表面,仅形成团粒间的"桥接",不能形成包络状胶结;偏高岭土含有大量无定形的硅、铝氧化物,具有高"火山灰"活性,可以快速捕捉水化石灰中的钙离子,形成硅、铝酸钙等胶结物;同时,偏高岭土还充填了团粒间孔隙,二者的联合作用增强了处治红黏土的水-力性能。

石墨-膨润土缓冲材料的最优配置方法

核废料封存到处置库后还会继续释放衰变热,需要加快热量向周边围岩消散,确保处置库处于安全运行状态。而提高缓冲层的导热性能成为解决该问题的突破口。将天然石墨粉掺入到钠基膨润土中,以期配置成导热速度快、隔离能力强的缓冲层回填材料。通过开展石墨-膨润土混合物的自由膨胀率、恒体积膨胀力、饱和渗透系数和导热系数等试验,研究石墨掺入率(Rg分别为5%、10%、15%、20%、30%、40%)和不同粒径(297、150、74、44μm)对其水-力-热性能的影响规律。结果表明,掺入石墨后显著提高了膨润土的导热性能,但其提升幅度受石墨掺入率、初始含水率和初始干密度等因素影响。综合分析石墨-膨润土混合物的水-力-热性能参数,发现最优石墨掺入率处于15%~20%(质量比)范围内;相同石墨掺入率下石墨粒径为150μm或74μm时混合物的水-力性能最优。石墨-膨润土混合物压实后的孔隙分布显示,相同石墨掺入率下石墨粒径过大或者过小都易形成大孔隙。究其原因,天然鳞片状石墨呈扁平状,大部分膨润土颗(团)粒小于石墨,与石墨属于点-面接触方式。尤其是压实程度不高时,膨润土颗(团)粒和石墨接触面处存在大量的孔隙;而且石墨属于憎水性材料,对水分子的拖拽力弱,即使膨润土吸水膨胀后,水分也容易从石墨薄片表面处通过。

磷石膏-膨润土-水泥团粒的制备方法

为实现磷石膏的资源化利用,选择膨润土和水泥作为添加剂,以实现吸附和固化磷石膏中磷、氟污染物的目标.将磷石膏-膨润土-水泥粉料混合物(质量比86.5∶8.5∶5)压制成团粒,经过恒温恒湿养护硬化.通过观察团粒养护过程中的成型情况,验证造粒方法的可行性;以团粒的横向、纵向抗压强度值表征其力学特性;比较团粒浸水后其磷、氟污染物释放浓度,评估团粒固持磷、氟的效果.结果表明:造粒工艺既提升了磷石膏-膨润土-水泥体系的物理-力学性能,又固化了磷石膏中磷、氟污染物.成型的磷石膏-膨润土-水泥复合团粒为暗灰色,平均直径为8.0 mm,药丸状.团粒的单粒抗压强度为4.75 MPa,软化系数0.78.且制备成团粒后,对比粉料状态,对于磷、氟污染物的固化效率提升幅度高达80%.