关键词： 固化淤泥土   界面粗糙度   养护龄期   直剪试验   剪切强度  

摘要： 由于软土具有高含水率、高压缩性及低承载力等不良工程特性,在实际工程中为满足桩基础及施工机械对地基稳定性的要求,常需要对其进行固化处理。混凝土作为桩基础施工所需的主要材料,其与固化后软土接触面间的力学性能对桩基础的施工质量具有明显影响。为探究固化软土与混凝土界面的剪切力学性能,本文选取淤泥土作为原样土,采用不同类型固化剂对其进行固化处理,利用室内单轴压缩试验和直剪试验,分析固化剂种类及含量、试样养护龄期及界面粗糙程度等因素对固化淤泥土-混凝土界面剪切力学行为的影响。主要的工作内容和结果如下:(1)选取Mg O和Si O两种材料作为主固化剂,生石灰、水泥及三乙醇胺等作为外加剂,对淤泥土进行固化处理,将固化后的淤泥土分别养护至7d、14d、28d,然后进行单轴压缩试验和直剪试验,分析得到的试验数据,观察剪切试验后固化淤泥土-混凝土界面的表观特征。(2)单轴压缩试验结果发现,在固化剂和外加剂的综合作用下,固化淤泥土的抗压强度随着养护龄期的增加而增大;12%Mg O的固化淤泥土抗压强度最高,然后依次是12%和6%Si O固化处理的淤泥土,6%Mg O固化淤泥土的抗压强度最低,表明12%Mg O对淤泥土的固化效果最好,6%Mg O最弱;固化剂种类、含量及固化环境会对固化剂的水化反应速率产生影响,进而影响固化淤泥土的力学性能。(3)通过对混凝土界面表观特征的观察,结果发现,随着养护龄期的延长,淤泥土的固化程度越高,剪切界面内水、土渍的残留量越少。随着混凝土表面粗糙度的增加,界面内水、土渍的残留量越多。含不同固化剂的淤泥土在养护28d后,其与混凝土剪切界面内皆残留有不同含量的水、土渍。(4)剪切试验结果发现,剪切强度和抗剪强度指标皆随着界面粗糙度和固化剂含量的增加而增大;界面剪切强度随养护龄期的变化规律受固化剂种类及含量的影响,黏聚力随着养护龄期的增大,呈现先减小后增大的趋势,而内摩擦角随着养护龄期的增加而增大;Si O固化后的淤泥土与混凝土界面的剪切强度和黏聚力皆略高于Mg O,界面内摩擦角与淤泥土的固化程度呈正相关。(5)通过设计正交试验,利用极差分析法探究各种试验因素对固化淤泥土-混凝土界面剪切力学性能的影响程度。结果发现,本次试验中法向应力对剪切力学性能的影响程度最大,接着依次是固化淤泥土的养护龄期、界面粗糙程度和固化剂种类,固化剂含量的影响程度相对最小。(6)根据邓肯-张理论,结合双曲线模型在剪切试验中的运用成果,对初始切线变形模量进行简化处理,依据试验数据,建立不同养护龄期条件下的修正双曲线模型,并对模型参数进行求解,验证了模型对固化淤泥土-混凝土界面剪切试验的适用性。

关键词： 锂渣   三元体系   全固废固化土   无侧限抗压强度   固化机理  

摘要： 我国的沿海地区及沿河、湖、江分布地带堆积着大量的淤泥土,这对环境、交通等造成了严重的影响。已有研究表明,水泥、石灰等固化剂加固处理后的淤泥土可应用于路面基层,但水泥、石灰等固化材料的生产不仅会消耗大量的自然资源,还对环境造成了严重的破坏。此外,我国锂渣的年产量正急剧增加,这些锂渣对土壤及水资源造成了严重的破坏。开发锂渣为一种淤泥土固化剂,不仅节约了资源,还保护了环境。 在锂渣基础上,引用矿渣、陶瓷粉、CFB脱硫灰及磷渣共同作硅铝原料,并通过硅酸钠和氢氧化钠激发活性,提出了LSC-SS体系(碱激发锂渣-矿渣-陶瓷粉)、LDS-SS体系(碱激发锂渣-CFB脱硫灰-矿渣)及LSP-SS体系(碱激发锂渣-矿渣-磷渣)三种碱激发固化剂体系。对于三种碱激发固化剂体系,首先通过无侧限抗压强度试验研究了硅铝原料配比、碱激发剂掺量、碱激发剂模数、固化剂总掺量及含水率对固化土抗压强度的影响,其次通过XRD、SEM和EDS试验探究了固化机理,最后通过抗压强度、XRD及SEM试验研究了外加剂对固化土的强度影响及机理。本文的主要研究结果如下: 对于硅铝原料配比、碱激发剂掺量、碱激发剂模数、固化剂掺量及含水率五种影响因素,三种碱激发剂固化土的抗压强度在每种因素下变化规律相似,变化原理相同,但变化程度不同,总体上,矿渣和固化剂总掺量与固化土的强度成正比,锂渣掺量和含水率与固化土的强度成反比,碱激发剂参数具有最佳值。三种固化土的固化机理相同,在碱激发剂作用下,硅铝原料之间、硅铝原料与土之间发生聚合反应生成了网状的(N,C)-A-S-H凝胶,这些凝胶通过胶结和填充作用提高土体的强度。适用于这三种碱激发固化剂的外加剂不完全相同,聚乙烯醇适用于LSC-SS体系,无水硫酸钠适用于LDS-SS和LSP-SS体系,且每种外加剂的作用机理不同,聚乙烯醇通过聚乙烯醇薄膜胶结和填充土体的方式使土体强度提高,无水硫酸钠通过提高土体碱度的方式使土体强度提高。当锂渣:矿渣:陶瓷粉=1:1:1、碱激发剂掺量为16%、模数为1.2时,LSC-SS固化土的7d、28d抗压强度达到最佳值2.33MPa、3.4MPa;当锂渣:CFB脱硫灰:矿渣=3:2:4、碱激发剂掺量为13%、模数为1.2时,LDS-SS固化土的7d、28d抗压强度达到最佳值2.47MPa、3.47MPa;当锂渣:矿渣:磷渣=1:1:1、碱激发剂掺量为19%、模数为1.2时,LSP-SS固化土的7d、28d抗压强度达到最佳值2.55MPa、4.08MPa。 本文通过利用锂渣等固废制备了三种满足三级早强型的全固废固化剂,完成了淤泥土硬化,节约了传统胶凝材料的用量,实现了固废资源化利用、保护环境的社会价值。

关键词： 淤泥固化   固化剂掺量   无侧限抗压强度   响应面分析法  

摘要： 快速固化是解决场地施工过程中浅表层淤泥施工困难的一种有效方法。为了开发一种复合淤泥固化剂,研究了制样含水率、液体固化剂稀释比和投加量等参数对固化效果的影响,给出了固体剂参数与加固土地无侧限抗压强度的关系式。研究结果表明:在制样含水率20%~30%时,能兼顾制样成型效果和固化强度。固化剂掺量与固化效果成正相关,在保证充分拌和及含水率控制的前提下,推荐使用低稀释比。通过响应曲面优化设计法获得不同龄期无侧限抗压强度与固化剂使用参数的关系式,最佳的固化剂投加量、稀释比和水泥投加量分别为20%、1∶20和30%。固化土中生成的硅酸铝钠水合物和硅酸铝钙水合物提供了早期强度,随着固化龄期的增长,进一步生成的水化凝胶类物质提高了固化强度。

关键词： 稻壳灰-水泥   淤泥土   无侧限抗压强度   固化处理   微观机理  

摘要： 为拓宽稻壳灰和淤泥土等固废资源处理途径,基于传统水泥固化处理方法,提出稻壳灰-水泥固化处理淤泥土技术。通过室内击实、无侧限抗压强度(UCS)和电镜扫描(SEM)试验,分析稻壳灰-水泥土强度特性及微观机理。结果表明:稻壳灰对淤泥固化土强度增强效果显著,并且15%稻壳灰+8%水泥掺量效果最佳,稻壳灰加入显著提高淤泥固化土韧性,其破坏应变在3%~5%左右,变形系数E_(50)与抗压强度近似呈线性递增关系,E_(50)可取(19~50)q_(u)。微观分析表明:水化硅酸钙生成是稻壳灰-水泥固化淤泥强度提高的主要来源,其填充孔隙、胶结作用使土体更加密实,提高强度。基于试验结果,提出了稻壳灰-水泥固化淤泥微观演变机制分析模型。

关键词： 水铁矿   不溶性腐殖酸   镉、铅污染   土壤修复  

摘要： 为解决土壤重金属污染问题,用高温改性腐殖酸制备出水铁矿-不溶性腐殖酸(Fh-IHA)复合材料,通过扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)分析Fh-IHA的表面特性,结合田间稳定试验研究施加Fh-IHA对土壤pH,有机质(OM),铵态氮(A-N)、有效磷(A-P)、速效钾(A-K)和镉、铅形态的影响.结果表明,Fh-IHA表面粗糙、比表面积大、含有多种官能团,可通过表面络合、静电吸附结合镉、铅离子;稳定化修复后土壤pH轻微降低,有机质升高,铵态氮、有效磷、速效钾转变为缓效养分;稳定态镉、铅百分比含量分别升高22.1%—34.0%、15.6%—21.4%,且经90 d监测未出现活化现象.研究表明,Fh-IHA对土壤中重金属镉、铅稳定效果显著,可作为一种环境友好的土壤重金属污染修复材料.

关键词： 海相淤泥   水泥土搅拌桩   无侧限抗压强度   电镜扫描  

摘要： 针对普通硅酸盐水泥在海相淤泥质软土中很难形成完整的搅拌桩的工程问题,基于水泥基材料,研制适用于海相淤泥质软土水泥土搅拌桩的混合固化剂。混合固化剂是一种由水泥、专用固化料、生石膏及其他外加剂组成的固化材料。取A、B两个工点的海相淤泥质软土样,选取A、B两组软土试样进行室内固化软土试块测试试验。结果表明:相同掺灰比条件下,混合固化剂固化软土试块的无侧限抗压强度要明显优于纯水泥固化剂。生石膏掺量对于提高软土固化试块无侧限抗压强度有重要的影响。对于A组软土样,生石膏掺量在改善固化土试块强度性质方面存在一个最优掺量,建议为混合固化料的4%。对于B组土样,固化土试块无侧限抗压强度随着生石膏掺量呈增加的趋势。电镜扫描显示:相同龄期的混合固化剂软土试块比纯水泥固化剂试块能够形成更多的C-A-S-H和AFt水化产物,能够形成更致密的空间网状骨架结构,形成强度更高的固化土。

关键词： 固化淤泥土   海水侵蚀   质量变化率   无侧限抗压强度   氯离子扩散   微观结构  

摘要： 在海岸工程建设中，处理海相软土是工程建设中常遇到的问题，目前最常用的处理方法是对土体掺灰固化改良。近年来研究发现，长期处于海水侵蚀环境中固化处理后的海相淤泥土会发生劣化。特别是因荷载、氯离子、硫酸根离子等物理、化学作用，对其造成不同程度的损伤，破坏其内部结构的稳定性，导致其耐久性降低，最终影响到上部结构体系的安全。针对海洋工程中存在的问题，本文对处于海水侵蚀环境中的固化淤泥土展开试验研究，对淤泥土进行固化时一般均采用水泥，但生产水泥过程会污染环境，为了减少此类问题，试验采用新型固化剂钢渣粉和矿渣粉，因炼钢过程中产生大量的矿渣不能及时处理且其固化效果较明显，又可以提高土样的强度及抗海水侵蚀性能。因此室内试验采用不同的固化剂进行研究，分别是水泥固化土(CS)、钢渣粉水泥固化土(SSP-CS)、掺激发剂钢渣粉水泥固化土(A-SSP-CS)和矿渣粉水泥固化土(SP-CS)的物理力学特性、侵蚀离子在固化土体中的扩散分布规律及侵蚀后的微观结构变化等方面，试验结果表明:　　(1)在海水侵蚀环境下，试样的质量变化率会随时间的增加而缓慢增大，且逐渐趋于平稳。掺入不同固化剂的淤泥土的强度在海水侵蚀下随时间增大而减小，但掺入矿渣粉试样的强度从初期就始终远高于其他固化试样，可看出矿渣粉可替代水泥进行固化淤泥土的可行性。　　(2)通过室内试验，测定试样不同侵蚀龄期及不同深度下的氯离子浓度，分析固化土在海水侵蚀作用下，侵蚀性离子的运移扩散规律。研究结果表明氯离子含量随着深度和侵蚀龄期在不断增长，曲线变化波动大，直至后期平稳上升。利用MATLAB软件和Fick第二定律扩散原理拟合出任意侵蚀龄期和任意深度下的氯离子浓度，所得拟合数据近似于试验结果，氯离子浓度都呈现出随侵蚀时间增加而增大的规律，前期平稳上升的走势，后期上升幅度变大，长时间下不同深度的氯离子浓度是从外部逐渐扩散至内部，都先发生局部侵蚀后再进行均匀性腐蚀，最终影响到试样强度。　　(3)采用扫描电镜(SEM)试验和X射线衍射(XRD)对侵蚀后的试样进行扫描和检测，分析在海水侵蚀溶液中不同龄期的试样内部微观结构和土样物相变化。研究结果表明海水侵蚀后的试样短时间内出现较少的团聚体(C-S-H胶凝体)和针状物(AFT)等水化产物，内部孔隙较小，排列较紧密，长时间后水化物数量变多且面积变大，孔隙随处可见，排列较分散，便于侵蚀离子侵入内部;对比水泥固化土和掺激发剂钢渣粉水泥固化土的不同侵蚀龄期图像可以看出，随着侵蚀时间的增加，内部结构逐渐变得疏松且孔隙增多，表层参差不齐，氯离子与内部物质进行多次水化反应，生成较多的F''s盐，使侵蚀越来越严重，导致试样性能不断的降低。

关键词： 海相淤泥质软土   固化料   无侧限抗压强度   电镜扫描   X射线衍射  

摘要： 海相淤泥具有pH值偏低和弱碱性等特点,其中有机质含量高达10%以上。在处理海相淤泥质软土地基时,传统的纯水泥固化料水泥土搅拌桩成桩完整性差,单桩承载力低,往往达不到设计规范的要求。本文以珠海地区某地基处理项目A工点淤泥质软土为研究对象,通过对海相淤泥质软土水泥土搅拌桩固化料室内试验进行研究分析,优化海相淤泥质软土混合固化料配方,分析室内试验结果,对比现场试验,对固化土的强度特性和物理特性进行分析。本文主要研究工作及成果如下:(1)选取水泥、粒化高炉矿渣、生石膏、六偏磷酸钠和碳酸钙等材料为淤泥固化料,确定其最优配比,得到水泥基混合固化料;(2)对固化土试样进行无侧限抗压强度试验,发现混合固化料加固试样的无侧限抗压强度要明显高于纯水泥固化料加固试样,在固化料中加入生石膏对试块的无侧限抗压强度影响很大,生石膏掺量为4%的固化料固化效果最好;并对固化土不同养护龄期的抗压强度进行分析,建立强度预测公式;对固化土试样进行电镜扫描测试试验,可知在混合固化料的加固土中加入4%的生石膏,能减少土体颗粒之间的孔隙;养护龄期从14d增加到28d,能有效看到混合固化料固化土的内部孔隙减少,生成的C-A-S-H和针状AFt水化产物增加,并逐渐形成空间网状结构,固化土强度在宏观上也增强,加固试样的结构密实度、骨架结构的整体性也有显著改善;对固化土试样进行X射线衍射试验,发现混合固化料加固试样的晶体主特征峰值强度普遍要高于纯水泥固化料加固试样,说明掺加混合固化料固化土的抗压强度更高且生石膏掺量为4%的混合固化料固化土的各项晶体峰值强度要高于生石膏掺量为12%和14%的混合固化料固化土。(3)通过现场试桩试验,给出了海相淤泥质软土固化料的使用量的建议值:水泥和矿渣质量比为6:4,生石膏掺量为4%,淤泥质软土和混合固化料的质量比为20%。

关键词： 玄武岩纤维   流动固化   无侧限压缩试验   抗剪强度试验   模型试验  

摘要： 流动固化淤泥具有良好的流动性、施工性和固化后的自硬性等优点,可作为建筑工程和轨道交通等建设领域的填筑材料。采用水泥、粉煤灰等固化材料处理后的淤泥土存在脆性开裂等缺陷。本文以某公路软基加固工程为背景,首先通过流动值试验、无侧限压缩试验、SEM电镜扫描试验和三轴剪切试验,研究在流动固化淤泥中添加分散的玄武岩纤维对流动固化淤泥土力学性能的改善效果;其次通过室内模型试验研究流动固化淤泥作为路基硬壳层的适用性;最后建立有限元模型分析固化淤泥挡土墙加固航道边坡的稳定性。主要结论如下:(1)对于水固比为1.0～1.2,水泥掺量为8%～14%,纤维掺量为0～0.8%的流动固化淤泥土,流动值与水固比和水泥掺量呈正相关,与纤维掺量呈反相关。使用木质素黄钙作为分散剂可增大玄武岩纤维加筋流动固化淤泥土的流动值,掺入1%的木质素黄钙可使流动值提高1倍以上。(2)对于水固比为1.0～1.2,水泥掺量为8%～14%,纤维掺量为0～0.8%,养护龄期为7d～28d的流动固化淤泥土,掺入纤维可提高流动固化淤泥土破坏应变和残余强度,随着纤维掺量的增加,无侧限抗压强度先增大后减小,存在最优掺量。添加玄武岩纤维后,破坏时裂缝宽度和数量减小,纤维的增强作用主要为握裹作用和形成纤维网格。(3)对于水固比为1.0,水泥掺量为14%,纤维掺量为0～0.8%,养护龄期为7d的流动固化淤泥土,在围压为100～300kPa下,掺入纤维可提高流动固化淤泥土破坏应变和残余强度,粘聚力随纤维掺量的增加而增大,内摩擦角变化较小。运用无侧限抗压强度计算得到的地基极限承载力与运用抗剪强度指标计算的承载力比值为1.46～1.53。(4)固化淤泥硬壳层破坏模式为冲剪破坏,掺入玄武岩纤维可增大承载力,减少破坏面周围裂缝,增大扩散角,减小坡脚水平位移和坡脚侧向土压力增量。(5)使用流动固化淤泥土作为挡土墙加固航道边坡可提高边坡稳定性,采用挡土墙和微型桩共同加固可减小挡土墙所受剪应力,使剪应力力分布更加均匀,起到保护挡土墙的目的。

关键词： 高含水率   海积淤泥   固化剂   固化机理  

摘要： 浙东沿海地区广泛分布吹填淤泥土,为解决真空预压难以快速提高淤泥土地基承载力的问题,提出使用固化剂加固沿海地区海积淤泥地基的方法,对含水率不低于85%的吹填土进行固化试验,比较了固化剂的种类、掺量及费用,分析了固化土强度发展规律。结果表明,3%石灰-8%粉煤灰类固化土对高含水率海积淤泥的固化效果较为明显,且方案最优,强度费用比为4.2,并得到了固化淤泥土的无侧限抗压强度与龄期之间的对数关系,28d内强度增长较快,确定该类固化土后期外掺剂试验以28d强度为主要参考点。研究成果可为海积淤泥土地基的加固提供试验数据支撑。