关键词： 土石混合体   冻融循环   温度   未冻水含量   变形  

摘要： 冻融循环作用显著影响土石混合体的水-热-变形相互作用过程及力学特性。基于此,本文开展了单向冻融循环作用下土石混合体水-热-变形相互作用及无侧限抗压强度试验。通过单向冻融循环装置对30%砾石含量的土石混合体进行了4次单向冻融循环试验,每次循环根据设定的温度变化曲线持续168小时,模拟实际自然环境中冻结和融化的周期。同时,利用微机控制电液伺服万能试验机开展了未冻融和冻融循环后试样的力学特性测试,并探讨了冻融循环对土石混合体微观结构劣化机理的影响。研究结果表明:单向冻融循环对试样内温度、水分和变形有显著影响。冻融循环过程中土石混合体的融化速率大于冻结速率,试样在冻融循环过程中存在着体积未冻水的迁移和重分布。第一次冻融循环对土石混合体变形影响最为显著,试样的净变形随着冻融循环次数的增加先增大后趋于稳定。此外,反复的单向冻融循环改变了试样的孔隙结构。冻融循环后试样的抗压强度和变形模量分别减小了45.31%和60.92%,其衰减幅值随着冻融循环次数的增加而降低。

关键词： 纤维混凝土   盐冻循环   强度衰减模型   盐冻损伤模型  

摘要： 为研究混杂纤维混凝土抗盐冻性能,对5组在硫酸盐-氯盐溶液中冻融循环后的混杂纤维混凝土进行了力学性能试验,对比分析了混杂纤维混凝土在不同盐冻循环次数后的抗压、劈拉破坏形态、强度损失率及盐冻损伤。试验结果表明:在0~200次盐冻循环期间,钢-聚丙烯混杂纤维混凝土抗盐冻性能最佳,单掺纤维混凝土中1.2%钢纤维掺量抗盐冻性能略优于0.8%钢纤维掺量。以Weibull分布理论建立了纤维混凝土盐冻损伤模型,根据冻融条件下混凝土强度衰减模型建立了改进的盐冻循环作用下纤维混凝土的强度衰减模型。联立强度衰减模型与盐冻损伤模型,建立混杂纤维混凝土盐冻损伤度演化方程,可通过盐冻循环次数和相对强度来预测纤维混凝土的盐冻损伤。

关键词： 粉砂质硫酸盐渍土   冻融循环作用   盐-冻胀变形   微观结构   变形  

摘要： 【目的】为探究南疆地区粉砂质硫酸盐渍土的变形特性,【方法】在封闭系统条件下对粉砂土进行冻融循环试验,利用扫描电镜对土体结构进行表征分析。【结果】结果显示:粉砂质硫酸盐渍土硫酸钠含量为0和1.0%时变形以融沉为主,5次循环后变形量分别为-1.30 mm、-1.02 mm;硫酸钠含量为2.0%、5.0%、8.0%时变形表现为盐胀-冻胀变形,5次循环后变形量分别为2.46 mm、8.53 mm、3.43 mm。【结论】结果表明:粉砂质硫酸盐渍土在冻融循环作用下温度和硫酸钠含量是影响土体发生冻融变形的主要因素。在低温区间土体的变形随温度的降低表现为盐胀-冻胀,在升温过程中土体先后出现冰融和盐溶变形;土体的最终变形量与硫酸钠含量的变化表现为先增后减,当硫酸钠含量为5.0%时,土体的盐-冻胀率达到最大为2.5%。运用扫描电镜可发现粉砂质硫酸盐渍土经冻融循环后在自重作用下会产生沉降,内部盐分重结晶是抑制沉降甚至造成土体膨胀的主要原因。

关键词： 分散性土   木质素磺酸钙   物理力学性质   养护龄期   塑性破坏  

摘要： 为了使分散性土可直接作为路基填料,文章提出采用木质素磺酸钙改良分散性土并测定其物理力学性质,判定其工程适用性。主要结论如下:(1)随着木钙掺量的增加,土体的液限、塑限以及最优含水率均出现下降,土样的破坏模式逐渐过渡至塑性破坏;土体抗压强度先增大后减小,压缩系数先减小后增大;(2)随着土样养护龄期的延长,改性土的无侧限抗压强度也逐渐增大,压缩系数不断减小:(3)当木钙掺量为1%、养护时长为28 d时.改性土的土体结构稳定性较好,各项指标基本满足路基填料的要求。

关键词： 铀尾砂   MICP   胶结体   耐久性   损伤机理  

摘要： 微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术逐渐发展成为岩土工程领域一大研究热点,在当前国内“双碳”战略背景下,该技术的工程化应用研究更具有时代意义。然而,MICP技术工程化应用后的耐久性问题将会限制MICP技术的广泛推广应用。综上所述,探究MICP矿化胶结体在复杂环境下的耐久性和劣化损伤机理研究仍是MICP注浆加固领域的一项重要课题。 本文以MICP技术在铀尾矿库注浆加固治理中的应用为研究背景,首先,通过开展理论研究和溶液试验,基于中央复合设计法（CCD法）和响应曲面进行了MICP注浆加固条件优选,制备了铀尾砂MICP矿化胶结砂柱。其次,通过设计干湿-冻融循环试验、雨水浸泡、冲刷相似模拟试验,分析了铀尾砂胶结体的无侧限抗压强度、渗透系数、质量损失率、三轴抗剪强度等宏观物理力学参数的变化规律,采用微细观测试手段,研究了铀尾砂胶结体细观孔隙结构、微观颗粒表面形貌和三维空间流网变化规律。最后,结合试验测试分析结合颗粒物质物理与力学相关理论,揭示了MICP胶结体在环境因素条件下劣化损伤机理。本文的研究结论为相关的后续中试实验试和工程应用提供了重要的基础数据及理论依据,主要研究内容和取得的成果如下: （1）通过溶液试验系统揭示了内部反应因素（菌液浓度、尿素浓度、胶结液浓度和菌胶比）和外部因素（温度、pH、初始干密度、注浆次数）对MICP矿化胶结铀尾砂的影响机制,基于CCD法和响应曲面设计进一步铀尾砂MICP注浆加固试验,探明了多因素间的响应规律并获取了最优的MICP注浆加固铀尾砂的条件。 （2）对不同初始干密度铀尾砂柱进行MICP注浆加固试验,从Ca2+的利用率、渗透性分析、无侧限抗压强度、三轴剪切强度和碳酸钙分布的均匀性全面分析了初始干密度对矿化胶结效果的影响机制,试验结果表明初始干密度为1.55g/cm3的砂柱在MICP注浆过程中其强度和经济性均表现出较好的优势。 （3）采用室内模拟铀尾砂MICP胶结体的干湿-冻融循环试验,探究了干湿-冻融循环作用下铀尾砂胶结体质量损失率、表观特征变化、强度衰减和碳酸钙含量的变化规律,探究了干湿-冻融循环作用下铀尾砂MICP胶结体宏观物理力学特性劣化衰减规律,对比不同试验组发现初始干密度为1.55g/cm3的胶结砂柱表现出了较好的耐久性和抗强度弱化特性。 （4）通过模拟雨水冲刷试验、雨水浸泡试验和干湿循环试验,研究了不同初始干密度铀尾砂MICP胶结体的雨水侵蚀和弱化规律。对比不同初始干密度试样变化规律,发现初始干密度为1.55g/cm3的试样在抗冲刷侵蚀、抗胶结弱化和强度保持方面具有优势。分析研究表明雨水环境下的铀尾砂MICP矿化胶结体的强度弱化是由于浸润吸水和蒸发脱水造成尾砂颗粒与胶结物之间胶结弱化,以及雨水中的弱酸性分子与胶结物发生反应,在这些环境因素下胶结体的孔隙增多、尾砂颗粒的胶结链接破坏时候其强度弱化的主要原因。 （5）利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、核磁共振成像分析仪（NMR）和计算机断层扫描（CT）等微细观研究手段,定量表征了胶结体在干湿-冻融循环作用下孔隙分形分维特征,重构胶结体孔隙结构的三维空间分布、孔隙发育规律和三维流网特征,结合胶结体微观表面形貌变化和宏观物理力学特性变化规律,揭示了铀尾砂MICP胶结体在复杂环境因素影响下劣化损伤机理。

关键词： 振荡淋洗   冻融土柱淋洗   Cu污染黏性土   重金属赋存形态  

摘要： 我国工业化的快速发展导致土壤重金属污染问题日益严峻,重金属污染黏性土由于其自身的低渗透性,使得土颗粒与淋洗剂接触不充分导致淋洗修复效果不佳,为解决这一问题,本文以重金属Cu污染黏性土为研究对象,结合冻融循环作用与化学淋洗修复技术,开展复合冻融循环与淋洗修复Cu污染黏性土试验研究,通过室内振荡淋洗试验筛选最佳的淋洗剂和试验参数后,进行冻融土柱淋洗试验,研究不同冻结温度、不同试样密度、不同补给方式和不同淋洗剂等因素对重金属Cu污染黏性土的修复效果,揭示冻融-淋洗的内在修复机理,对当前日益严重的土壤重金属Cu污染防治具有重要意义。主要取得以下主要研究成果。 (1)筛选出最佳的淋洗剂以及淋洗浓度 通过对不同浓度的乙二酸、EDTA、酒石酸、柠檬酸和茶皂素进行振荡淋洗试验得出,随着淋洗剂浓度的增加,重金属去除率呈对数增长趋势。其中,乙二酸表现出最佳的去除效果,最佳淋洗浓度为0.15mol/L,去除率高达57.83%。再将最佳浓度下的乙二酸、EDTA、酒石酸和柠檬酸进行复配淋洗其中乙二酸与柠檬酸的组合展现出优越的去除效果,达到63.5%。EDTA与乙二酸淋洗去除率也较好,但存在混合时有白色晶体析出影响试验结果。综合考虑实际操作和效果,乙二酸与柠檬酸的组合被选为最佳淋洗剂。 (2)不同试验因素对冻融土柱淋洗去除率的影响 选取中去除效果较好的乙二酸、EDTA和乙二酸+柠檬酸作为淋洗剂,开展开放式冻融土柱淋洗试验,研究不同土柱浓度、不同冻结温度、不同淋洗剂补给次数和不同淋洗剂条件下,冻融土柱淋洗过程中温度场、吸排水量、冻胀量、排除淋洗剂的重金属离子浓度、重金属去除率、重金属残留分布以及淋滤液的p H和电导率变化,研究发现排水量和淋滤液重金属浓度是决定重金属去除率的关键因素。排水量越大,淋滤液重金属离子浓度越大,去除效果越好;冻融7次中补给4次淋洗剂3次去处理水的淋洗效果要远大于全过程补给淋洗剂的去除效果此外,补给去离子水能有效改善淋洗后土壤酸化的问题,同时减少淋洗剂和水资源的消耗。 (3)冻融淋洗机理分析 从淋洗前后残留重金属形态分布、土样粒径变化、淋洗动力学方程和XRD成分分析等角度对淋洗机理进行探究。经分析可得淋洗剂主要作用于可还原态和可氧化态的重金属,而对弱酸可提取态的去除效果较弱。冻融淋洗相比常温淋洗,更能有效去除可还原态和弱酸可提取态的重金属。冻融淋洗后土样的黏粒占比增加近10%,砂粒占比减少2.39%。因此冻融作用对于提升土壤重金属淋洗效率的一部分原因在于破坏土颗粒的骨架结构,间接增大土壤与淋洗剂接触面积,从而提高了淋洗效率。通过XRD成分分析得出,淋洗作用并未改变土壤原有的成分,对土壤的扰动较小。

关键词： 钢渣细骨料混凝土   盐蚀   耐久性   劣化模型   寿命预测  

摘要： “十三五”期间,我国钢铁行业年均粗钢产量超过10亿吨,每年排放钢渣超过1亿吨,而钢渣利用率低于30%,钢渣堆积占用了宝贵的土地资源。钢渣相比天然砂具有更高的密度和强度,可替代天然砂制备混凝土。提高钢渣利用率,不仅可以解决土地占用问题,还减轻钢渣堆积对环境的污染。我国西部地区气候寒冷,土壤、地下水和地表水中含有氯离子、硫酸根离子和其他腐蚀性离子,对混凝土的耐久性造成不利影响,加速混凝土的劣化,降低正常使用寿命,甚至造巨大经济损失。 本文利用钢渣替代部分细骨料制备混凝土,开展单盐及复盐-冻融循环试验、单盐及复盐-干湿循环试验,研究钢渣细骨料掺量为0%、15%、30%、45%和两组钢渣掺量为30%粉煤灰掺量分别为10%、20%的六组混凝土试件在复杂环境下的劣化规律,分析钢渣取代率、侵蚀溶液、侵蚀方式对钢渣细骨料混凝土物理力学性能的影响。主要研究内容和结论如下: 1.通过浓度为5%氯盐溶液、5%硫酸盐溶液以及(2.5%氯盐+2.5%硫酸盐)复合溶液与冻融耦合作用下钢渣细骨料混凝土耐久性试验发现:经过100次盐蚀与冻融耦合作用后各组试件质量损失较小,抗压强度变化较大,动弹性模量损伤有明显的规律性,且较好地描述混凝土内部结构的变化,并以动弹性模量损伤建立各组试件的损伤演化方程。钢渣细骨料掺量为30%为最优掺量,其各项性能略优于普通混凝土试件。掺入10%粉煤灰相比SC30试件各项力学指标均有一定的提高,三种侵蚀环境对各组试件的总体损伤由重到轻依次为复合盐>氯盐>硫酸盐。 2.通过浓度为5%氯盐溶液、5%硫酸盐溶液以及(2.5%氯盐+2.5%硫酸盐)复合溶液与干湿耦合作用下钢渣细骨料混凝土耐久性试验发现:在试验初期,盐溶液侵入混凝土内部与水化物反应生成盐介质填充内部孔隙,试件的质量、抗压强度、动弹性模量等指标均有一定程度的提高。随着干湿循环周期增加,试件表面出现大面积盐结晶且孔洞呈现增大、增多现象,各组试件质量、抗压强度、动弹性模量等指标下降加快。在复合盐中各组试块损伤较为严重,其SC30组试件各项力学性能优于普通混凝土。SCF10组试件各项力学指标优于SCF20组试件,且SCF10与C0和SC30组试件相比,抗压强度分别提高了13.74%和6.63%。 3.以动弹性模量损伤为基础,利用二参数Weibull分布函数建立失效概率函数和失效概率密度函数模型预测钢渣细骨料混凝土在各种侵蚀条件下的寿命。通过预测模型预测出各组试件在氯盐、硫酸盐和复合盐与冻融耦合作用下的最终循环次数,C0组试件分别为136次、138次、120次,SC30组试块分别为152次、161次、120次,SCF10组试块分别为166次、170次、122次;在盐蚀与干湿耦合作用下C0组试块的最终循环次数分别为205次、234次、188次,钢渣掺量为30%分别为221次、236次、206次,粉煤灰掺量为10%分别为234次、248次、204次。

关键词： Fiber reinforced concrete  

摘要： In order to study the bond slip constitutive relationship of PVA fiber reinforced concrete under sulfate freeze-thaw cycles, four types of concrete mixed with different volume percentages of PVA fiber were subjected to different times of sulfate immersion freeze-thaw cycles. The experimental results show that, within a certain range, the compressive strength of concrete can be improved with the increase of PVA fiber content. PVA fiber can prevent sulfate intrusion into concrete to a certain extent, and can enhance the compressive strength of concrete at the initial stage of sulfate freezing and thawing. Adding a certain percentage volume of PVA fibers to concrete can increase the peak slip of bond between reinforced concrete and increase the plastic strain of concrete. Increasing the number of sulfate freeze-thaw cycles will reduce the peak slip of reinforcement in concrete. © 2024 Beijing Kexue Jishu yu Gongcheng Zazhishe. All rights reserved.