钢渣的硅系与复合系激发及其在软土固化中的应用

中国每年产出大量钢材,伴随而产生的副产品钢渣,因其利用率低而导致资源浪费和环境污染。为充分、高效地再生利用废弃钢渣,从提升钢渣的胶凝性出发,参考水泥组分的率值控制指标,采用偏高岭土对钢渣进行成分增补,以提高Al_2O_3和SiO_2含量,开展水玻璃的硅系激发及水泥的复合系激发试验,制备得到钢渣型复合基材。净浆一定龄期后进行无侧限抗压强度试验,并尝试引入率值这一参数评价钢渣基材性能。结果表明:当水泥、偏高岭土和钢渣之间最优质量配比为50∶15∶85,水胶比为0.28时,复合基材的90 d强度可达41.5 MPa。复合系与钙系钢渣型基材的率值高度一致,可为不同初始成分的钢渣基材的标准化制备提供参考。采用XRD,SEM,MIP等多种微观测试技术探讨钢渣基材强度形成机理,发现钢渣基材水化产物为C-H,C-(A)-S-H和C-A-H等,其中网状C-S-H最为发育,各部分紧密联结,大孔隙减少,使得钢渣复合基材强度保持稳定增长。将钢渣基材用于软土加固中,当钢渣基材掺量为20%时,固化软土28 d龄期无侧限抗压强度可达1.2 MPa。固化土强度与似水灰比R成反比,给出了可用于预测钢渣基材固化土强度预测的经验表达式。     

水玻璃激发钢渣-偏高岭土胶凝材料效果及强度形成机制

钢渣作为一种活性较低的工业废弃物,在工程实践中利用率较低。本研究拟通过强度激发,提高其复合基材的强度,以明确其在软土地基处理应用的可行性。围绕了将钢渣作为CFG桩替代材料这一目标,研究了水玻璃激发钢渣-偏高岭土胶凝材料的强度性能。试验结果表明:水玻璃激发效果显著,标准养护28d强度可达19.8MPa,能满足软土地基处理CFG桩的设计强度。需要指出的是,水玻璃与偏高岭土比例对强度影响显著,其比例在3∶1左右时强度表现最佳。另外无侧限抗压强度试验测得的弹性模量与抗压强度之间有很好的相关关系。     

掺入钢渣与偏高岭土水泥改性土的性能与微观机制

围绕工业废弃钢渣再生利用、高性能地聚合物偏高岭土在改性土中应用以及水泥改性土性能提升这3个问题,设计了掺入钢渣与偏高岭土后水泥改性土的一系列室内试验,从击实特性、抗压强度以及劈裂抗拉强度3个方面阐述改性土的宏观性能;同时开展了SEM,XRD,TGA与MIP等微观试验,明晰水化产物生成以及微观结构与孔隙分布的内在机制,进而为废弃物再生利用与改性土性能提升奠定理论基础。宏观试验结果表明:钢渣对水泥改性土击实特性和力学强度有所改善;引入偏高岭土后,上述性能得到明显改良和提升,改良后力学强度与偏高岭土掺量之间呈现先增加后减小的规律,最优掺入比(偏高岭土与水泥质量比值)为1/3~1/2;劈裂抗拉强度与无侧限抗压强度之间成正比关系,斜率比值为0.83。微观试验结果表明:钢渣和偏高岭土掺入后,不能改变水泥改性土中水化产物的类型,但改变了水化产物的包裹形式和数量,使得试样的微观结构和孔径分布发生改变,这是2种材料提升水泥改性土宏观力学强度,但改良效果有明显区别的内在原因。     

人工神经网络在钢渣稳定土强度预测中的应用研究

在分析钢渣土强度影响因素基础上，选取钢渣龄期、钢渣细度、钢渣掺量3种主要因素作为人工神经网络的输入值，钢渣土7天无侧限抗压强度作为输出值，建立了钢渣土强度预测的BP网络模型。研究结果表明:训练BP神经网络时，17组自变量数据中无侧限抗压强度的网络拟合值与实测值基本重合，误差为-4.054%~3.214%。BP网络方法应用于钢渣土强度的预测方面具有较高的精度，预测与实测结果最大相差为0.02 MPa，最大误差为5.556%，可见，基于3参数的BP神经网络模型在钢渣稳定土新型路床材料7天无侧限抗压强度中的应用     

偏高岭土对水泥土强度影响的试验研究

为了解偏高岭土对水泥土强度的影响,通过室内无侧限抗压强度试验,对不同偏高岭土掺量、不同龄期条件下的水泥土强度进行了测试。结果表明:当水泥掺量一定时,随着偏高岭土掺量的增加,水泥土抗压强度均有不同程度的增长;当偏高岭土掺量为3%时,水泥土抗压强度增幅达到普通水泥土抗压强度的27%左右。同时,对偏高岭土在水泥土中的作用机理进行了分析。     

碱渣土无侧限抗压强度和水稳定性试验研究

将碱渣按一定比例与滨海软土拌和,用以稳定软土。通过击实试验制备碱渣土,对不同配比碱渣土进行无侧限抗压强度和水稳定性试验,研究组分掺量、龄期对碱渣土强度和水稳定性的影响,分析碱渣土的无侧限抗压强度特性和机理。研究结果表明:碱渣土的无侧限抗压强度随着水泥掺量的增加而提高,随着碱渣掺量的提高先增加后降低,存在一个峰值;龄期对碱渣土无侧限抗压强度有一定影响,在7～14d龄期时影响较为明显,在14～28d龄期发展平缓;碱渣土的水稳定性发展规律与无侧限抗压强度基本一致。结合试验分析得出,利用碱渣稳定滨海软土时,碱渣掺量为30%左右较为理想。     

闷料时间及掺料次序对固化土路基无侧限抗压强度的影响研究

本文以宁波市软土地区工程渣土泥浆脱水后形成的含水率为30%左右的细粒土为原材料,采用几种常见固化剂(水泥、石灰、粉煤灰)对其进行固化,分析了闷料时间及固化剂掺料次序对固化土的7天无侧限抗压强度的影响,并分析其强度形成机理。结果表明,未经闷料的固化土7天无侧限抗压强度高于闷料后击实的固化土强度;当先掺水泥或不掺加水泥时,1～7h的闷料时间不会对固化土的7天无侧限抗压强度造成明显影响;后掺水泥时,存在最优闷料时间,使得固化土7天无侧限抗压强度达到最高,且闷料时间过长或过短都会对强度造成不利影响。研究结果可为软土地区渣土泥浆资源化再生利用作为固化改良土路基施工方法的选择提供参考。     

固废基硫铝酸盐水泥固化低液限粉土的试验研究

为探究固废基硫铝酸盐水泥对低液限粉土的固化规律和效果,开展无侧限抗压强度、劈裂强度、CBR、XRD、TGA和SEM等试验,研究复掺不同比例硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的固化剂对固化土力学性能的影响及其微观机理。研究结果表明:相对于普通硅酸盐水泥,固废基硫铝酸盐水泥水化产物中钙矾石含量较高,水化硅酸钙含量较少。单掺掺量为6%的固废基硫铝酸盐水泥固化土,其无侧限抗压强度前期增长较快,后期增长相对缓慢,28 d强度可以达到0.83 MPa;确定胶凝材料掺量为6%,将固废基硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥进行复掺时,随普通硅酸盐水泥占胶凝材料比例的增加,固化土抗压强度和劈裂强度逐渐提高,膨胀量逐渐降低。当普通硅酸盐水泥比例由60%上升到70%时,固化土强度提高最为显著,两种水泥的互补性发挥得最好,CBR可达235%,28 d强度可达2.25 MPa。     

纤维加筋复合固化黄土的强度特性研究

为了探究纤维加筋固化土技术应用于应急机场的可行性，通过无侧限抗压强度试验，探究了不同掺量和龄期的水泥、固化剂以及纤维复合固化黄土的强度特性。结果表明:固化剂与纤维可以提高黄土无侧限抗压强度，其中水泥固化效果最优，且最优掺量为8%，随着纤维和砂掺量的增加，加筋固化土的强度先增大后又减小，纤维掺量为0.30%和0.45%时固化黄土强度较高，砂的最佳掺量在4%左右。进行简易机场布设时，建议机场道面工程使用12 mm改性聚丙烯纤维掺量0.45%，固化剂选用P.O 32.5R硅酸盐水泥掺量8%，砂掺量低于4%的复合固化土。     

淤泥水泥土室内配合比试验及成桩效果分析

室内配合比试验是验证水泥固化软土效果的有效手段之一,现场试桩可以验证水泥搅拌桩施工工艺参数的合理性。以珠海市洪湾片区市政基础设施项目为依托,针对海相淤泥的性质,开展了不同水泥掺量的淤泥水泥土室内配合比试验、现场试桩及钻芯抗压强度检测工作。室内试验结果表明:淤泥水泥土无侧限抗压强度随着龄期增长而增长,0～7d强度增长速率较快,7d以后增长速率变缓,28d后仍继续增长;无侧限抗压强度随水泥掺量增加呈线性增长趋势,水泥固化淤泥效果较好。现场钻芯检测结果表明:RQD值均大于75%,成桩完整性较好;20%水泥掺入量的水泥搅拌桩90d龄期芯样无侧限抗压强度满足设计要求。现场钻芯检测无侧限抗压强度可取室内同龄期试验值的60%,研究成果可为类似工程提供参考。     

钢渣粉固化泥岩碎石底基层研究

通过无侧限抗压强度的测定,研究了钢渣粉固化泥岩碎石用于高等级公路路面底基层材料的可行性.试验结果表明,水泥稳定泥岩碎石无法达到高等级公路路面底基层强度的规范要求,而采用一定配比水泥-钢渣粉(二组分胶凝材料体系)或水泥-粉煤灰-钢渣粉(三组分胶凝材料体系)固化泥岩碎石,其7 d无侧限抗压强度可达到2 MPa以上,使得钢渣粉固化泥岩碎石可用作高等级公路路面底基层材料.其增强机理主要在于钢渣粉中的游离氧化钙和游离氧化镁能加快和泥岩中SiO_2和Al_2O_3发生火山灰反应的速度,改变泥岩组分的特性,从而提高固化泥岩碎石的强度.     

海相淤泥水泥土搅拌桩固化剂室内测试研究

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。     

滨海区淤泥质土搅拌桩芯样力学试验研究

无侧限抗压强度是计算水泥搅拌桩单桩承载力的重要参数，抗剪强度是验算搅拌桩复合地基稳定性的重要参数。开展了搅拌桩试桩工作，达到龄期后采用单动双管法钻取搅拌桩芯样，测试了搅拌桩芯样的无侧限抗压强度和抗剪强度，分析了试验曲线的特征，并采用统计分析方法获得了无侧限抗压强度与抗剪强度、弹性模量的换算系数。研究结果表明：搅拌桩芯样无侧限受压时呈黏弹塑性的变形特征；弹性模量与无侧限抗压强度呈线性关系，拟合公式E_c=142.32f_cu+49.101,弹性模量与无侧限抗压强度换算系数可取120;抗剪强度与无侧限抗压强度相关性较差，工程上抗剪强度可取抗压强度的0.4倍。     

水泥土无侧限抗压强度试验分析

通过室内重塑土试样无侧限抗压强度试验,探讨在不同水泥标号、不同水泥掺量、不同龄期、不同软土条件下水泥土无侧限抗压强度发展规律。试验结果表明:龄期对水泥土无侧限抗压强度的提高比水泥掺量的影响更明显;425普通硅酸盐水泥对软土无侧限抗压强度的改善效果由好到差依次为粘土、淤泥质粘土、淤泥。325矿渣硅酸盐水泥对于淤泥土地基处理效果明显好于425普通硅酸盐水泥。以武汉某道路工程为依托,通过室内正交试验,考虑水泥土无侧限抗压强度的相关因素,找出影响粘土、淤泥质粘土、淤泥强度的主要影响因素,以便在工程中尽可能获得最好的软土加固效果。     

水泥砂浆固化土的工程特性研究

通过室内试验系统地对水泥砂浆固化土的工程特性进行研究,分析水泥砂浆固化土压缩特性、无侧限抗压强度、剪切强度、屈服应力等力学特性,以及随掺砂量、龄期、水泥掺入比、含水率以及砂料粒径等因素的变化规律。结果表明:掺入砂后可明显改善水泥土的抗压缩性能,水泥砂浆固化土强度比相应的水泥土高约20%,无侧限抗压强度与相应的屈服应力呈线性增长关系。     

循环硫化床粉煤灰固化土的试验研究

循环流化床粉煤灰（CFB灰）作为锅炉的主要固体废弃物,其资源化利用尚处于起步阶段。利用CFB灰的水化特性,制备以CFB灰为主、电石渣和脱硫石膏为辅、完全使用工业废渣的土体固化剂,提出CFB灰资源化利用的新方法。通过固化土室内试验,探究固化剂配比、养护龄期对固化土无侧限抗压强度的影响。结果表明:CFB灰活性高于普通粉煤灰;配比为CFB灰:电石渣:脱硫石膏=7.2:1.8:1,固化剂掺入量为10%时,固化土28天无侧限抗压强度可以达到2.12 MPa;固化土强度可以满足复合地基和止水帷幕中固化土天搅拌桩对于强度的要求。     

压实度对MgO碳化土加固效果的影响及其机理研究

活性MgO是一种用于软土加固的新型材料,与土体拌和并经CO₂气体碳化后可使固化土强度在数小时内显著提高。在已有研究的基础上,通过静压法制取86%、87%、89%、91%和92%五种不同初始压实度下活性MgO固化土试样,并对固化土试样进行室内碳化试验。对碳化前后的MgO固化试样进行了含水率、干密度和无侧限抗压强度测试,以研究压实度对MgO碳化土含水率、干密度和无侧限抗压强度的影响规律;最后从无侧限抗压破坏的试样中选取典型样品进行X射线衍射、热重、扫描电镜和压汞试验,根据碳化产物和孔隙特征2个方面分析MgO碳化固化土的微观特征。结果表明：MgO固化土碳化过程中消耗了大量CO₂和水分,生成的主要碳化产物为棒状三水菱镁石和片状水碳镁石/球碳镁石,这些碳化产物具有显著的胶结和填充作用,使氧化镁固化土试样的干密度和强度明显增加;固化土的初始压实度对碳化效果有较大影响,随着初始压实度的增加,碳化试样的含水率呈先减小后增加趋势,而无侧限抗压强度呈先增大后减小趋势;当固化土试样的初始压实度为中等压实度89%时,碳化后试样含水率最低,生成的碳化产物最多,碳化试样的无侧限抗压强度最大,孔隙率最小,说明该压实度为最佳初始压实度,最有利于氧化镁固化土的碳化加固。     

土壤固化剂改良铁尾矿路用性能研究

以河北张家口地区铁尾矿为研究对象,通过击实试验、无侧限抗压强度试验、水稳定性试验,研究水泥和土凝岩两种土壤固化剂对该类铁尾矿性能的影响。结果表明:水泥改良铁尾矿和土凝岩改良铁尾矿满足二级及二级以下公路路基强度要求的经济掺量为8%,其7d无侧限抗压强度分别为2.48 MPa和2.08 MPa;土壤固化剂改良铁尾矿前期和中期强度增长迅速,后期强度增长缓慢,10%水泥改良铁尾矿7d龄期和35d龄期强度可达到97d龄期强度的49.23%和81.13%;土壤固化剂改良铁尾矿水稳定性较好,10%土凝岩改良铁尾矿7d~97d龄期水稳系数在93.72%~99.20%之间,水稳系数随龄期先减小再增大,土凝岩改良铁尾矿水稳定性要优于水泥改良铁尾矿。     

铁尾矿砂水泥复合土的力学性能研究

为了研究铁尾矿砂水泥复合土的力学性能,通过室内无侧限抗压试验、抗折试验,研究铁尾矿砂水泥复合土的抗压强度、抗折强度随水泥掺量、龄期及铁尾矿砂掺量的变化规律。试验研究表明:铁尾矿砂水泥复合土的抗压强度和抗折强度都随水泥掺量增加而逐渐增加;当水泥掺量超过某一界限值时,增长较缓慢;其抗压强度和抗折强度随龄期的增长而逐渐增加,但后期增长较缓慢;在铁尾矿砂掺量小于25%的条件下,与纯水泥土相比,铁尾矿砂水泥复合土的抗压、抗折强度略有增加。应用Matlab软件拟合出抗压、抗折强度与铁尾矿砂掺量的函数关系。     

固化重金属Pb污染土无侧限抗压强度增长规律的研究

通过重金属Pb污染土固化处理室内试验,采用固化稳定技术对不同浓度的硝酸铅人工污染土进行固化,探讨了重金属浓度、固化剂种类、不同CSH/AFt比和龄期对固化重金属污染土无侧限抗压强度的影响规律,并由重金属淋滤试验结果评价其环保性能。研究结果表明:随着龄期的增长,固化污染土的无侧限抗压强度增长;重金属浓度对不同固化剂配比的影响规律不一样;CSH/AFt的生成量对固化重金属污染土的无侧限抗压强度影响估计存在一个临界比值“1”;采用试验中的任一固化剂,重金属Pb淋出浓度都能满足RCRA规定要求。