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关键词： 土力学   非饱和黄土   封闭气   广义有效应力   荷载效应   本构模型  

摘要： 黄土在荷载或增湿作用下其强度和变形易发生显著变化。针对水–力作用下饱和度的宽幅变化而引发的土体响应，充分考虑非饱和黄土中多相耦合的特性，采用广义有效应力及修正吸力为应力变量，建立一个考虑整个可能的吸力和应力范围的弹塑性模型。该模型将高饱和度导致气相封闭的情况统一至广义有效应力框架，引入封闭气相对土体影响的损伤参数，统一描述饱和度宽幅变化下非饱和黄土的变形和强度行为，并通过相应应力和水力路径试验验证模型的合理性和可靠性。模型预测和试验结果对比分析表明，所提模型可以较好地反映考虑封闭气相影响的非饱和黄土的荷载效应。所提模型不仅能够反映固–液相的耦合硬化，还能描述不同水–力作用下封闭气相对变形和强度的影响。

关键词： 冻融循环   全固废材料   固化硫酸盐渍土   PPR模型   胶凝产物   膨胀产物  

摘要： 新疆硫酸盐渍土分布广泛,且大部分地区环境条件严酷、昼夜温差大、年际温差高,极易发生盐-冻胀、融陷、侵蚀等工程危害,造成路面变形、开裂、地基塌陷等一系列工程问题。为在寒区工程中实现全固废胶凝材料在硫酸盐渍土中的利用,以电石渣-粉煤灰(C-F)、电石渣-矿渣(C-S)以及电石渣-粉煤灰-矿渣(C-F-S)三种体系全固废胶凝材料固化硫酸盐渍土,并对其在冻融循环作用下的力学性能、微观结构变化规律进行了研究,并采用投影寻踪回归(PPR)技术建立了不同影响因素下的抗压强度预测模型。研究成果可为寒区硫酸盐渍土的工程建设提供一定的依据。论文的主要研究工作与成果如下: (1)通过冻融循环试验研究了全固废固化硫酸盐渍土力学性能变化规律。结果表明:全固废胶凝材料能够提高硫酸盐渍土的力学性能并抑制硫酸盐渍土的盐-冻胀量。冻融循环作用下固化盐渍土试件抗压强度与养护龄期、矿渣占比、胶凝材料掺量呈正相关性,与硫酸盐含量、冻融循环次数整体呈负相关性。 (2)基于投影寻踪(PPR)建模方法得到了各影响因素对抗压强度的影响大小顺序依次为胶凝材料掺量、冻融循环次数、矿渣占比、硫酸盐含量、养护龄期,权重分别为1,0.858,0.673,0.585,0.433。建模样本与检验样本的合格率分别为94.80%和95.27%,平均相对误差为0.39%和0.53%。 (3)通过XRD、SEM-EDS、MIP微观试验,从固化盐渍土水化产物、微观形貌以及孔隙结构等角度,分析了不同硫酸盐含量以及冻融循环次数对固化硫酸盐土抗压强度变化规律的影响。结果表明:当未冻融循环时,随着含盐量的增加抗压强度先增加后减少,这是由于在适当的含盐量时,C-S-H、C-S-A-H等胶凝性产物起主导作用,当含盐量进一步增加时,AFt和石膏等膨胀性产物的膨胀作用大于C-S-H、C-S-A-H等胶凝性产物的胶结作用。当进行冻融循环后,固化盐渍土力学性能的演化是由于水化反应与冻融循环的综合作用导致的。

关键词： 陶瓷骨料   陶瓷粉   玻化微珠   微观结构   混凝土力学性能  

摘要： 中国是陶瓷生产大国,陶瓷工业的快速发展产生了大量的陶瓷废物,陶瓷废料堆放在垃圾厂,导致大量土地资源被占用、污染。此外,我国大量的基础设施建设也使天然砂石等自然资源变得紧张。且在提倡可持续新发展理念的同时,能源消耗问题也日渐引起社会的重视。高活性的二氧化硅（Si O2）是陶瓷废料中的主要化学成分,因此,将其加工处理成骨料和外加剂应用于混凝土来改善其力学性能和微观结构具有巨大的潜力,同时对于缓解资源短缺和改善环境也具有重要意义。为探究陶瓷粗骨料、陶瓷粉和玻化微珠共同作为影响因素在混凝土应用中的可行性,本文以废弃陶瓷再生混凝土为研究对象,采用正交试验设计方法,研究各因素对其力学性能的影响规律。同时,探究了不同力学性能与立方体抗压强度之间的联系。在此基础上,借助X射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TG）和扫描电子显微镜（SEM）等微观检测手段,对陶瓷粉在水泥水化进程及水化产物中的影响进行探究。主要研究内容和结论如下: 1)通过设计四因素四水平正交试验,探究水胶比、陶瓷粗骨料替代率、陶瓷粉及玻化微珠掺量对各项基本力学性能的影响规律,研究发现,各因素对废弃陶瓷再生混凝土立方体抗压强度和轴心抗压强度显著性效应由强到弱分别为水胶比,玻化微珠掺量,陶瓷粗骨料取代率,陶瓷粉掺量;而对于劈裂抗拉强度,显著性效应则为玻化微珠掺量,水胶比,陶瓷粗骨料取代率,陶瓷粉掺量;这三种力学性能的最优配比为:水胶比0.4,陶瓷粗骨料和玻化微珠掺量0%,陶瓷粉掺量20%。抗折强度显著性效应由强到弱分别为玻化微珠掺量,水胶比,陶瓷粗骨料取代率,陶瓷粉掺量。且最佳配合比为水胶比0.4,陶瓷粗骨料、陶瓷粉和玻化微珠掺量均为0%。 2)随着水胶比和陶瓷粗骨料取代率的增加,立方体抗压强度、轴心抗压强度以及劈裂抗拉强度均呈现递减趋势。随着陶瓷粉掺量的逐渐增加,其强度变化规律为先减小、后增大,最后再减小。随着陶瓷粉掺量的增加,抗折强度逐渐减小。而当玻化微珠逐渐增加时,混凝土各力学性能均呈现下降趋势。 3)研究了废弃陶瓷再生混凝土基本力学性能之间的关联性并给出理想关系模型。结果表明:废弃陶瓷再生混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度之间的关系式可用斜率公式表示;劈裂抗拉强度、抗折强度与立方体抗压强度之间的关系式可用幂函数模型表示。弹性模量与立方体抗压强度之间的关系符合幂函数模型,平均相对误差仅为1.1%。 4)当养护龄期为7天时,20%陶瓷粉掺量的混凝土其抗压强度较未掺陶瓷粉的混凝土降低了1.13%,而当养护龄期达到28天和56天时,其抗压强度则分别提升了15.60%和17.80%,同龄期的天然混凝土抗压强度比陶瓷粉混凝土抗压强度最高的一组还要高14.9%。 5)通过进行X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜等微观检测手段,研究发现,陶瓷粉混合浆体与纯水泥浆体在水化产物相上相似,主要产物为钙矾石、水化硅酸钙和氢氧化钙。陶瓷粉可以与水泥中的氢氧化钙发生火山灰反应,导致氢氧化钙含量减少。随着养护龄期的增加,CWP20的净浆试样表现出比OPC更加致密的微观结构,且掺入20%陶瓷粉再生混凝土相较于不掺陶瓷粉的再生混凝土有着更加致密的界面过渡区。

关键词： 土力学   轻质土   菌丝   三轴剪切试验   强度   结构性  

摘要： 聚苯乙烯颗粒或废弃轮胎与砂土混合得到的轻质土工材料被广泛应用于岩土工程，但其轻质填充材料会对环境产生危害。近年来，以农业废弃物麦麸为轻质材料、砂土为骨料、Pleurotus ostreatus菌丝为胶结材料组成的菌丝–砂复合轻质土(P. ostreatus MBLS)，因其质量轻、无污染等优势受到了广泛的关注。对P. ostreatus MBLS进行静力三轴排水剪切，研究不同基质含量、有效围压以及菌丝对MBLS的强度特性的影响。试验发现基质材料的增加会降低P. ostreatus MBLS的密度和抗剪强度。菌丝的加入提升了试样的抗剪强度，限制试样的体变，使得***表现出一定的结构性，但提升程度存与有效围压大小有关。菌丝对试样强度与变形的作用在低围压条件下(约100 kPa)和小应变阶段更显著。P. ostreatus MBLS的制备方法简单且无环境污染风险，是浅层回填土工材料的潜在替代物，为岩土工程的低碳化建设提供理论指导与技术支持。

关键词： 煤矸石混凝土   钢纤维   矿物掺合料   力学性能   抗冻性  

摘要： 煤矸石是我国排放量最大的工业固废之一,其年产量大、综合利用率低,且存在大规模与高附加值难以兼顾等难题。利用煤矸石替代天然石材生产混凝土,对推动煤炭资源自我消纳、提升资源综合效益、促进煤炭生产绿色循环低碳发展,实现国家“双碳”战略,具有十分重大的现实意义。本文基于固废协同化发展的创新理念提出煤矸石完全替代天然骨料制备混凝土,并掺入粉煤灰、钢渣粉和钢纤维,通过正交试验的方法,研究上述三种因素对不同龄期的矿物掺合料钢纤维煤矸石混凝土力学性能的影响,得到各因素在各龄期的最佳配合比。在此基础上,针对单一变量,研究钢纤维对矿物掺合料煤矸石混凝土抗冻性的影响规律。主要工作内容及相关成果包含以下几个方面: (1)通过将不同比例的粉煤灰、钢渣粉和钢纤维掺入到煤矸石混凝土中,采用正交试验的方法,开展矿物掺合料钢纤维煤矸石混凝土力学性能研究,对其试验结果进行极差、方差和多元线性回归分析。结果表明:粉煤灰替代率对煤矸石混凝土前期(7d、14d)抗压强度有不利影响,粉煤灰10%替代率相较于30%替代率,其抗压强度分别下降11.4%和8.9%;钢纤维掺量对煤矸石混凝土劈裂抗拉强度、抗折强度有改善作用,钢纤维2.0%掺量相较于0.6%掺量,其28d劈裂抗拉强度和抗折强度分别提高了16.0%和12.2%;钢渣粉替代率较以上两种因素对其力学性能的影响不明显。 (2)运用电镜扫描方法,观察粉煤灰、钢渣粉和钢纤维掺入煤矸石混凝土后在不同条件下微观状态,研究以上三种材料掺入对煤矸石混凝土在不同条件下的基相界面变化规律,分析三种材料对煤矸石混凝土的增强增韧作用。结果表明:钢纤维对阻止裂缝的扩展具有显著的效果;煤矸石骨料表面的杂质会降低骨料与水泥浆的接触面积,减弱它们之间的粘结作用。 (3)依据试件28d力学性能得到的最优配合比,并以钢纤维为单一变量,研究钢纤维对矿物掺合料煤矸石混凝土抗冻性能的影响。结果表明:适量的钢纤维可以在一定程度上改善矿物掺合料煤矸石混凝土的抗冻性能,当钢纤维掺量为0.6%时,抗冻性能达到最优。

关键词： 工业固废固化剂CFS   固化淤泥   碳化固化   耐久性   力学特性   微观机制  

摘要： 近年来,随着水环境治理工程的开展,每年淤泥疏浚量已经超过10亿立方米,这些淤泥大量堆放会造成环境污染,因此有必要采取科学有效的措施处理这些废置疏浚淤泥,防止淤泥堆积造成二次污染。同时随着城市资源化不断发展,淤泥固化已成为大量淤泥的有效处置方案。由于水泥基固化剂在生产中消耗能源多且产生CO2较多,探寻新型环保固化剂成为研究热点,并且更加符合我国新发展理念。 本文采用矿渣和粉煤灰作为环保固化剂,电石渣作为激发剂,制成环保型复合固化剂（CFS）,联合CO2碳化固化淤泥。通过开展室内试验和微观试验,研究矿渣-粉煤灰-电石渣碳化固化淤泥的力学特性、耐久性及固化机理,主要成果如下: （1）力学特性试验表明,在CFS固化淤泥试验中,试样1#为最优组（矿渣掺量为20%,粉煤灰掺量为20%,电石渣掺量为12%）。试样7d、14d和28d强度影响因素主次顺序为A（矿渣）>C（电石渣）>B（粉煤灰）。在龄期为28d时,矿渣的影响显著。固化淤泥土的强度和龄期之间存在幂函数关系,可以预测固化淤泥土7d-28d的强度。 （2）碳化试验表明,碳化后试样pH明显降低,碳化6h后降低幅度最大,CFS联合CO2碳化技术能提高试样强度和抵抗变形的能力。最优固化剂掺量选择40%,最佳碳化时间为6h。当固化剂掺量为40%时,40S4F2为最优组。 （3）微观试验表明,CFS联合CO2碳化技术能有效改善土体的微观结构。CFS碳化固化淤泥试样所生成水化产物为Ca CO3晶体,并以针状的文石和方形的方解石形式为主,形成非常密实的交叉体系,大大提升了碳化试样的强度特性和变形特性。 （4）浸水和干湿循环耐久性试验表明,随着浸水时间的增加,浸水试样抗压强度随之降低,同龄期标准养护试样强度均高于浸水试样,干湿循环作用时间越久,试样的质量变化率和累计质量损失率呈现负增长趋势,固化淤泥试样的峰值应力逐渐减小,试样塑性增大。提高粉煤灰/矿渣配比,可有效增强试样的水稳性和干湿循环耐久性。 图[46]表[9]参[118]

关键词： 锂渣再生细骨料混凝土   工作性能   力学性能   应力-应变曲线   弯曲韧性评价  

摘要： 随着我国建筑行业发展速度加快,出现砂石骨料短缺问题,与此同时,也产生了大量废弃混凝土,将废弃混凝土破碎再利用不仅可以解决环境污染问题,也可以一定程度上缓解砂石骨料短缺现象,但再生骨料由于其具有许多天然缺陷,在一定程度上限制了其使用。锂渣作为一种工业废渣,目前年产量巨大,将其作为矿物掺合料加入到再生混凝土可以提高其力学性能。本文基于“碳达峰”和“碳中和”为研究背景,研究了锂渣掺量(0、10%、20%、40%)和不同再生细骨料取代率(0、10%、20%、30%)两种材料对混凝土工作性能、力学性能和弯曲性能的影响,主要完成了以下工作: (1)对锂渣再生细骨料混凝土进行了坍落度试验,相较与基准组坍落度值,加入锂渣和再生细骨料均会使得坍落度值下降;发现锂渣掺量在20%以内,其坍落度值下降幅度较小,而锂渣掺量在40%时,其坍落度值急剧下降;再生细骨料由于具有高吸水率,其加入会使坍落度值下降幅度增大,且随取代率增大而增大;当两者共同加入到混凝土,会产生双重“负效应”,加剧坍落度值下降。 (2)对锂渣再生细骨料混凝土进行了立方体抗压强度、抗折强度以及劈裂抗拉强度试验。结果表明:随着锂渣掺量的增加,三者强度均先增大后降低,其最优掺量出现在20%时;而随再生细骨料取代率的增大,三者强度均出现下降趋势;当再生细骨料取代率为20%以内,掺入20%以内锂渣可以使得其三者强度与基准组相当;提出了锂渣再生细骨料混凝土抗折强度以及劈裂抗拉强度试验与立方体抗压强度之间转换关系公式。 (3)研究了锂渣再生细骨料混凝土轴心抗压强度、应力-应变曲线、弹性模量及峰值应变;发现其轴心抗压强度、弹性模量和立方体抗压强度变化规律相似;而峰值应变随着锂渣掺量呈现先增加后减少的规律,随着再生细骨料取代率增加而增加,编号为LS20RFA30试块峰值应变最大;提出了锂渣再生细骨料混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度之间转换关系公式,建立了混凝土应力-应变关系方程,并根据拟合得到的参数A、B值和锂渣掺量与再生细骨料取代率进行关联,提出了两者关系公式。 (4)采用了四点弯曲法研究锂渣再生细骨料荷载-挠度曲线,通过采用对比变形能来评价其弯曲韧性。结果表明:加入20%以内的锂渣可以使得变形能增大;而加入由于其本身存在胶凝材料会使得变形能先增大后减少,在再生细骨料取代率为10%时,其变形能最大。