海水环境下水泥土强度衰减过程室内试验研究

针对滨海相软土场地形成的水泥土的强度衰减问题,采用天然海水作为腐蚀介质对水泥土进行一维浸泡试验,通过微型贯入试验、扫描电镜（SEM）试验、能谱（EDS）分析、X射线衍射（XRD）试验、离子含量及pH值测试等多种试验手段研究水泥土强度的分布规律和衰减过程。根据贯入阻力随贯入深度的变化规律将水泥土分为劣化层和未劣化层。结果表明：随着养护时间的增长和水泥掺入比的减小,水泥土的劣化深度不断增大,至360 d时最大劣化深度达到8.7mm;与未劣化层相比,劣化层的孔径增大,孔隙增多,水泥水化产物减少;水泥土的pH值和Ca2+含量随着试样深度的增大而增大,Mg2+、SO42-、Cl-含量随试样深度的增大而减小。经海水养护后,水泥土中Ca2+含量沿试样深度方向的分布规律与强度变化规律相似。在本试验条件下,水泥土的强度衰减是海水中侵蚀性离子抑制水泥土强度增长过程和促使水泥土强度降低过程的共同结果,在此过程中Ca以离子形式溶出,最终导致水泥土的劣化深度不断增大。     

水泥土无侧限抗压强度表征参数研究

水泥土主要包括水泥加固土和水泥稳定土两大类。选用2种典型土样,分别配制高含水率的水泥加固土和低含水率的水泥稳定土,进行一系列的水泥土无侧限抗压强度试验,旨在分析水泥土的孔隙率、饱和度以及强度的变化规律,提出有效表征水泥土强度变化规律的参数。试验结果表明:水泥土孔隙率的大小与初始含水率、压实程度以及水泥水化产物生产量等相关;水泥土的饱和度随水泥掺入量或养护龄期的增加而降低;在常用的水泥掺入量范围(5%~20%)内,水泥土强度随水泥掺入量增加近似呈幂函数关系增大,水泥土强度与养护龄期的对数近似呈线性关系。基于试验结果,提出一个综合反映水泥掺入量、养护龄期以及孔隙率等因素对水泥土强度影响规律的综合表征参数,水泥加固土和水泥稳定土的强度均与综合表征参数呈幂函数关系。已有研究的试验数据也验证了提出的水泥土强度综合表征参数的有效性。     

碱矿渣固化土性能试验研究

研究了碱矿渣固化土的强度、抗氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀性能，通过EIS、孔隙率、XRD和SEM分析了碱矿渣固化土的微观特征和作用机理，并与水泥固化土进行了对比。结果表明：碱当量为7%时碱矿渣固化效果最佳；碱矿渣固化土早期强度发展较慢，而后期发展较快，远高于水泥固化土的强度；随着碱矿渣掺量的增加，碱矿渣固化土的抗氯离子和硫酸根离子侵蚀性能远高于水泥固化土；碱矿渣固化土的阻抗随着龄期的延长逐渐增大，但随碱矿渣掺量的增加先增大后减小；碱矿渣与土体发生化学反应生成CS-H和C-A-H等水化产物，孔隙率减小，耐久性提高。     

复合助剂改性建筑石膏的性能及其水化研究

从材料复合理论出发,试验研究了聚合物与矿物助剂组成的复合助剂对建筑石膏强度、耐水性、凝结时间等性能的影响,并通过正交试验优化出了综合性能较优的复合助剂改性建筑石膏的配制参数;采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜图像分析(SEM)研究了复合助剂改性建筑石膏水化产物的形态及其分布状况.结果表明：由聚合物5010粉、白水泥、硅粉组成的复合助剂能有效改善建筑石膏的强度、黏结性和耐水性;复合助剂在石膏水化过程中一方面对结晶二水石膏的生长具有一定抑制作用,使二水石膏晶粒尺寸减小且分布更加均匀,另一方面可增加石膏水化产物中非晶相物质的含量,提高颗粒之间的胶结作用,增大石膏硬化体结构的致密性.     

PFOTES对水泥基材料防覆冰性能的影响及机理

研究了十三氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）对水泥基材料工作性能、防覆冰性能和微观性能的影响，并通过热重-差示扫描量热分析（TG-DSC）和X射线衍射（XRD）探究了水泥水化产物的化学组成及物相组成.结果表明：掺入PFOTES能延长水泥净浆的凝结时间；低PFOTES掺量对减小冰附着力与增大接触角的效果较为明显，随着PFOTES掺量的进一步提升，冰附着力与接触角都基本保持不变；掺入PFOTES后，改性砂浆的吸水率减小、抗压强度降低、孔隙率增大；微观测试证明，PFOTES可以延缓水泥水化，但并未生成新的水化产物.     

浅析水泥加固土的硬化机理

对水泥加固土硬化机理进行了详细分析，揭示了水泥土孔隙水中Ca（OH）2的不饱和，是由于土颗粒对Ca^2＋、CaO和OH^-的大量吸收或损耗，它可大量降低水泥水化产生的CSH凝胶物，致使水泥加固土的强度低下。     

稻壳灰-水泥固化淤泥土力学特性及微观机理研究

我国许多地区河道湖泊环境受损,淤泥淤积速度加快,淤泥质软土地区易发生严重的地基或边坡失稳,通过固化/稳定化技术对淤泥土进行资源化利用具有重要意义。提出利用稻壳灰和水泥进行淤泥固化处理,通过无侧限压缩试验、三轴固结不排水试验评价固化土力学特性;并结合核磁共振、X射线衍射和电子显微镜扫描试验,分析稻壳灰掺量对固化土孔隙尺寸、矿物成分、微观形貌的影响规律,揭示稻壳灰-水泥固化淤泥土的机理。研究表明：稻壳灰能显著提高固化淤泥土强度,稻壳灰-水泥土强度随稻壳灰掺量的增加先增后减,随龄期的增长而增加;当水泥掺量8%时,稻壳灰最优掺量为15%,稻壳灰-水泥土应力应变曲线为应变软化型,抗剪强度参数随着养护龄期增大而增大。稻壳灰-水泥土养护28d试样的XRD图中出现水化硅酸钙(CSH)衍射峰,而T2分布曲线中大孔峰值及面积明显降低,同时观察到SEM图中大量网状水化硅酸钙凝胶,该凝胶能够起到填充土体孔隙、联结土颗粒的作用。     

水泥基渗透结晶型防水材料防水机理研究

通过对水泥基渗透结晶型防水材料的砂浆试件的宏观观察,SEM微观分析及重量测定结晶水含量等试验,研究其防水机理,并对掺入型混凝土试件进行自身修复性能进行验证试验,得出结论：Ca（OH）2、水和活性物质是水泥基渗透结晶型防水胶泥结晶形成并增长的基本条件。水泥基渗透结晶型防水胶泥涂层中活性物质在浓度差作用下渗入混凝土中,与水泥的水化产物Ca（OH）2反应,并激活未水化的水泥颗粒继续水化,生成新的水化产物,增加混凝土的密实度,提高防水性能。     

深层搅拌水泥桩在工程中的应用

一、深层搅拌水泥桩的加固机理水泥与饱和的软土搅拌后,首先发生水泥的水解和水化反应,生成水泥水化物并形成凝胶体（氢氧化钙）,将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳定的结构整体,这就是水泥的骨架作用,同时,水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗粒表面的钠离子（或钾离子）进行离子交换作用,生成稳定的钙离子,从而进一步提高土体的强度。另外,水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水和空气中的二氧化碳,发生碳酸化反应,生成不溶于水的碳酸钙,这种碳酸化作用也能使水泥土增加强度。二、工程概况湛江市一幢九层框架住宅楼,建筑占…     

硫酸钠对水泥土强度影响的机理分析

硫酸钠作为腐蚀性场地的一种常见物质,对水泥加固土的形成有着很大的影响。通过室内无侧限抗压强度试验,探讨了不同含量的硫酸钠对水泥土强度的影响规律;结合X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析手段,研究了硫酸钠对水泥土强度影响的机理。结果表明:随着硫酸钠含量的增加,水泥土的抗压强度随之增加,并在质量分数为9g/kg时达到最大值。掺入的硫酸钠与水泥土反应生成具有膨胀性的钙矾石晶体,填充水泥土中的孔隙,提高其强度,当硫酸钠过量时,由于钙矾石产生的膨胀力大于水泥土的胶结力,又会降低水泥土的强度。     

水泥固化铅污染土的电阻率特性与经验公式

为探讨电阻率法在水泥固化重金属污染土性能评价中的应用潜能,室内配制人工铅污染土,采用水泥固化后测试其电阻率和无侧限抗压强度,分析固化土电阻率的变化规律,建立固化铅污染土的电阻率公式,并探讨电阻率与无侧限抗压强度的相关关系。试验结果表明,固化土电阻率随铅含量增大而减小,随着水泥掺入量和养护龄期的增加而增大,随着孔隙率和饱和度的减小而增大。提出了一个能够综合反映铅含量、水泥掺入量和养护龄期等因素对固化土电阻率影响规律的表征参数(nt·Pb100ew)/(aw·T0.5),用该参数替换Archie电阻率公式中的孔隙率,得到了水泥固化重金属污染土的电阻率经验公式,将Archie电阻率公式扩展应用到固化重金属污染土领域。固化土电阻率与强度之间近似服从幂函数关系。电阻率法是一种有效的重金属污染土固化效果评价方法,且其具有快捷、无损等优势,可推广应用。     

化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究

基于室内试验方法,开展了阳离子摩尔量、CaCl_2和Na_2SiO_3化学作用等因素对软黏土电渗排水及加固效果的影响规律研究;实测了化学溶液联合电渗试验中排水量与排水速率、土体导电性、能耗以及试验结束后土样含水率、抗剪强度的分布规律,并开展了常规电渗试验作为对比分析。研究结果表明,增加土样中阳离子摩尔量,是增加电渗排水量、提高排水速率及缩短电渗时长的有效方法之一;与常规电渗试验相比,联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液的土体平均抗剪强度提高了约120%,较单独加入Na_2SiO_3或CaCl_2溶液多提高约20%;联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液对改善电渗处理后土体含水率和抗剪强度分布不均问题作用明显。     

含氯硫酸盐渍土中硫酸钠结晶量理论分析研究

硫酸盐渍土产生盐胀变形的主要原因是土中固相或液相硫酸钠结合水分子析出芒硝晶体,盐分体积大幅增加而导致的。基于已有测试数据,采用回归分析方法建立了硫酸钠溶解度模型,在理想条件下分析计算了降温条件下土体内硫酸钠的结晶量,探讨了硫酸钠结晶量随含盐量、含水率、氯化钠浓度和土体环境温度的变化关系。研究表明,含盐量和含水率对硫酸钠结晶量的影响存在一个临界值,氯化钠浓度对硫酸钠结晶量的影响取决于土体内的含盐量和含水率组合条件,有利组合下加入适量氯化钠能够抑制土体内硫酸钠的结晶量,不利组合下加入氯化钠反而会促使土体内硫酸钠结晶量增大,不利于盐胀变形的控制。硫酸钠结晶量严重依赖于环境温度,若初始状态下土体的温度较低,部分硫酸钠已经结晶析出,温度进一步降低时硫酸钠的结晶量则相应减少。     

Fibre-reinforced cemented soils compressive and tensile strength assessment as a function of filament length

This study aims to develop a dosage methodology based on tensile and compressive strength for artificially cemented fibre reinforced soils considering filament length. The controlling parameters evaluated were the fibre length (l), the cement content (C), the porosity (η) and the porosity/cement ratio (η/C_iv). A number of unconfined compression and split tensile tests were carried out in the present work. The results show that fibre insertion in the cemented soil, for the whole range of cement content studied, and the increase of reinforcement length improve unconfined compressive and split tensile strengths. It was shown that the porosity/cement ratio, in which volumetric cementitious material content is adjusted by an exponent (0.28 for all the fibre-reinforced and non-reinforced cemented soil mixtures) to end in unique correlations for each mixture, is a good parameter in the evaluation of the unconfined compressive and split tensile strength of the fibre-reinforced and non-reinforced cemented soil studied. Analysis of variance (ANOVA) performed on the results of a factorial experiment considering the effect of adjusted cement content, fibre length and porosity showed that all of these factors are significant in affecting the measured changes in split tensile and unconfined compressive strength values. Finally, unique dosage relationships could be achieved linking the unconfined compressive strength (q_u) and the split tensile strength (q_t) of the sandy soil studied with porosity/cement ratio (η/C_iv) and fibre length (l).     

脂肪族离子固化剂改性水泥土的机理研究

水泥基材料加固土(水泥土)存在早期强度低、易开裂变形等性能缺陷。为对其改性,在水泥土中掺入含水率体积1/300～1/50不等的新型土壤固化材料,离子固化剂(ISS)。通过无侧限抗压强度试验、体积化学减缩试验,探究了ISS改性水泥土的可行性,并通过对表面吸附特性、物相构成演变、微结构特性的表征及分析,对ISS改性水泥土的机理进行了系统的研究。结果表明:ISS分子对于水泥土各组分具有显著的选择吸附性;ISS掺入水泥土后,能够提升体系内各组分的分散性并降低黏土矿物结合水的能力,进而加速土体内水化反应产物的生成,优化土体孔隙结构,提升土体强度并增大体积化学减缩;最优ISS掺量为1/150,过量的掺入会减弱ISS的改性效果,但可降低水泥土体积的化学减缩。相关成果可为离子固化剂应用于水泥土的改性提供一定的参照。     

Effect of fiber-reinforcement on the strength of cemented soils

This study aims to verify the differences in the strength of an artificially cemented sandy soil with and without fiber reinforcement. The controlling parameters evaluated were the amount of cement, porosity, moisture content, and voids/cement ratio. A series of unconfined compression tests and suction measures were carried out. The results show that fiber insertion in the cemented soil, for the whole range of cement studied, causes an increase in unconfined compression strength. The UCS increased linearly with the amount of cement and reduced with the increase in porosity (η) for both the fiber-reinforced and unreinforced specimens. A power function fits well as the relation between unconfined compressive strength (UCS) and porosity (η). Finally, it was shown that the voids/cement ratio is a good parameter in the evaluation of the unconfined compressive strength of the fiber-reinforced and unreinforced cemented soil studied.     

Predicting struvite formation in digestion

The solubility constant for struvite (MgNH₄PO₄·6H₂O) was measured in formation and dissolution equilibrium experiments. The proposed solubility constant (pK_SO=13.26) accurately predicted struvite precipitation in sludge handling facilities at the Sacramento Regional Wastewater Treatment Plant, whereas the solubility constant in common use did not. An improved method was developed for predicting struvite precipitation potential in anaerobic digestion and post-digestion processes. Method improvements include consideration of ionic strength effects on ion activities, magnesium phosphate complexation effects on ion speciation, and an experimentally derived struvite solubility constant. The improved method accurately predicted struvite to be less soluble than predicted by earlier methods.     

硫酸盐渍土水泥加固盐胀抑制剂研究

硫酸盐渍土具有遇水溶陷、强度降低、盐胀-冻胀的特性,而传统加固材料如水泥、石灰等,由于SO_4~(2-)与水泥反应生成Aft·32H_2O,造成加固体膨胀、强度损失及耐久性降低。针对上述问题,利用自主研发的抗盐胀固化剂与水泥复配对盐渍土进行改良,探讨含盐量和固化剂对固化土膨胀性与力学性能的影响。试验结果表明,固化剂SD抑制膨胀、维持强度的能力优于纯水泥,在2%含盐量时,膨胀率降低65.2%~83.4%,抗压和抗折强度分别提高2~6倍;含盐量为5%时,膨胀率降低88.5%以上,抗压和抗折强度提高1.6~4.7倍。试验表明,在中盐渍土加固中,低掺量抑制膨胀性强;强盐渍土中,高掺量抑制膨胀率强。通过盐溶液稳定性试验和冻融试验对膨胀性进行了探讨,固化剂能够有效提高加固土的抗膨胀性,降低强度的损失率;在抗冻稳定性上,对冻胀有一定抑制作用,而对强度的稳定作用一般,表现为温度相应"迟滞"。     

新型透明黏土制配及其物理力学特性研究

基于人工合成透明土材料和PIV技术的可视化模型试验方法是重要的岩土工程测试手段之一,然而,目前已有透明土材料中针对模拟天然黏土的材料仍相对较少。提出以Carbopol~ Ultrez10聚合物(简称U10)、NaOH粉末和纯净水为原材料,碳纳米材料掺入作为示踪粒子制成散斑场,制配一种新型透明黏土材料的技术方案与操作方法。基于调制传递函数(MTF)方法,对新型透明黏土材料的光学透明性进行量化分析,并与已有透明土材料的光学透明性进行对比分析,验证其优越性。基于微型十字板剪切试验、压缩固结试验、渗透试验及热传导试验等室内试验方法,对新型透明黏土材料的物理力学特性进行系统研究,探讨其模拟天然黏土的可行性。研究结果表明:新型透明黏土材料的光学透明厚度可达25～40 cm,较目前已有常规透明土材料的光学透明厚度提高约2～3倍;新型材料表现为中低灵敏性黏土、强度随时间明显增加,强度、压缩固结特性与天然淤泥(尤其是海相淤泥)或泥炭土的性质相近,渗透系数为2×10~(-7)～7×10~(-7)cm/s,热传导系数为0.62～0.71 W·M~(-1)·K~(-1)。     

硫酸钠溶液在降温结晶过程中的盐胀与冻胀

在降温过程中,硫酸钠溶液溶解度降低,硫酸钠结晶析出。当温度降低到一定温度时,除硫酸钠结晶外,溶液中的水也结晶析出。溶液在孔隙中的结晶是导致孔隙介质变形与破坏的主要原因。为探明孔隙介质中溶液结晶导致孔隙介质变形与破坏机理,构建了Na_2SO_4+H_2O二元体系在降温结晶过程中的体积变化率计算方法。该方法依据Na_2SO_4+H_2O二元体系中各相态的平衡浓度计算各相态在不同温度下的含量,进而根据该温度条件下溶液及晶体体积计算体系的体积变化。计算结果与前人试验结果比较发现,计算方法能很好地预测Na_2SO_4+H_2O二元体系在平衡态转化过程中盐胀与冻胀量。此外,在降温冻结过程中,盐胀率远远小于冻胀率;当晶体为Na_2SO_4·7H_2O时,盐胀阶段的体积增长率较小,而冻胀阶段体积急剧增长。