干湿循环对固化污泥微观结构及强度的影响

为探索用作填埋场覆盖材料的固化污泥的干湿循环耐久性,开展了干湿循环条件下碱渣矿渣石灰固化污泥强度性质试验。结果表明:随着干湿循环次数的增加,水化反应持续进行,钙矾石、水铝钙石和水化硅酸钙等水化产物增多,试样孔隙体积减小,结构趋于密实；总体来看,固化污泥的无侧限抗压强度随着干湿循环次数的增加呈增大趋势,7次干湿循环后试样的强度为干湿循环前的1.16~1.45倍；从微观结构和无侧限抗压强度来看,碱渣矿渣石灰固化污泥具有良好的干湿耐久性。     

硫酸盐含量对全固废材料固化盐渍土抗压强度的影响

为探讨硫酸盐含量对全固废材料固化盐渍土抗压强度及微观结构的影响,采用击实试验和无侧限抗压强度试验,并结合扫描电镜、EDS、X射线衍射和热重分析等微观测试结果,从固化盐渍土的火山灰反应产物及其数量等角度分析含盐量对固化盐渍土抗压强度变化的影响。结果表明:硫酸盐含量低于2.7%时,固化盐渍土抗压强度随含盐量的增加呈先增大后减小,抗压强度峰值对应的含盐量为1.8%;固化盐渍土的火山灰反应产物主要为C-S-H和AFt,硫酸盐含量从0.3%增至1.8%时,反应产物明显增多,致使固化土抗压强度增大;但当硫酸盐含量从1.8%增至2.7%时,膨胀性AFt将试件内部孔隙完全填充并产生胀裂破坏,造成抗压强度降低。研究成果为全固废材料固化硫酸盐渍土的工程应用奠定了基础,对环境保护也有积极贡献。     

碱激发地聚物固化盐渍土微观结构研究

碱激发地聚物胶凝材料能够有效固化硫酸盐渍土的根本机理在于改善固化土的微观结构。通过对比试验研究水玻璃、石灰粉煤灰和水玻璃石灰粉煤灰固化盐渍土的无侧限抗压强度和微观结构,阐述了水玻璃碱激发粉煤灰地聚物固化盐渍土微观结构效应。试验结果表明:石灰粉煤灰能够改善盐渍土颗粒级配,缩小孔径范围,降低孔隙体积,进而提高抗压强度;水玻璃能够胶结土颗粒成为团聚体,减小孔隙率和孔隙体积,其抗压强度受浓度影响较大;水玻璃石灰粉煤灰的孔隙特征不是最佳,但由于碱激发地聚物生成的水化凝胶物质填充了粒间孔隙,改善了颗粒胶结状况,抗压强度最高;碱激发地聚物固化盐渍土效果受碱激发反应程度的影响,反应程度越高,固化效果越好。     

合黎山天然风化砂改良硫酸盐渍土强度特性试验研究

针对硫酸盐渍土掺入风化砂改良的理论研究不足，采用无侧限抗压强度和间接拉伸强度试验， 研究了合黎山天然风化砂掺入量对硫酸盐渍土强度特性的改良效果，在0．5％、1．0％、1．5％、2．0％、 3．0％的硫酸盐渍土中掺入0％、10％、20％、30％、40％、50％的合黎山天然风化砂进行了改良硫酸盐渍土 的强度特性对比试验，探讨了合黎山天然风化砂改良硫酸盐渍土的可行性及最优掺量比。试验结果表 明:适量掺入合黎山天然风化砂能够改良硫酸盐渍土的强度特性，随着合黎山天然风化砂掺入量的增 加，改良硫酸盐渍土的无侧限抗压强度和间接抗拉强度均出现先增大后减小的规律，采用三次函数可较 好描述无侧限抗压强度与风化砂掺入量间关系，采用二次函数可较好描述间接拉伸强度与风化砂掺入 量间关系，试验条件下合黎山天然风化砂改良硫酸盐渍土强度特性的最优掺量比为20％。     

改良盐渍土强度变形及其微观特性试验研究

盐渍土的盐胀溶陷等不良工程特性对交通基础设施建设及其安全运行有着极其不利影响。现以南疆地区路基氯盐渍土为研究对象,开展了不同龄期改良氯盐渍土2种试验方案的无侧限抗压强度试验及SEM-EDS试验,研究水玻璃、水泥、石灰、粉煤灰及纤维等多种材料联合改良盐渍土的机理及其微观特征。研究结果表明:以28 d抗压强度作为评价标准,方案1中最优组合为水泥8%+石灰12%+纤维0.2%+纤维长度18 mm+含盐量3%,适用于中盐渍土改良;方案2中最优组合为粉煤灰20%+石灰6%+纤维0.2%+纤维长度12 mm+含盐量1%,适用于弱盐渍土改良。2种方案改良盐渍土越过应力峰值后仍能保持较高的抗压强度值,改良盐渍土应力-应变曲线呈应变软化型,试样呈脆性破坏。根据微观结构及EDS分析,改良盐渍土的矿物颗粒相对较大,颗粒完整性较好,胶凝物由絮状水化硅酸钙和针状钙矾石构成,其微观结构较致密,颗粒间接触方式以面-面接触方式为主;相比方案2,方案1内部结构排列致密,内部完整性好,强度性能优越。该研究成果丰富了氯盐渍土改良技术,为盐渍土在路基处理中再循环利用提供了技术参考。     

干湿循环作用下铁尾矿砂水泥土强度劣化规律

为了探讨铁尾矿砂水泥土的力学性能及抗干湿循环劣化能力,通过无侧限抗压强度试验和干湿循环试验,研究水泥掺量、铁尾矿砂掺量及干湿循环次数对铁尾矿砂水泥土强度的影响。试验结果表明:铁尾矿砂在20%掺量下对水泥土的强度提升最大,在40%掺量下对水泥土的强度提升最小,最高强度增长率约为70%;干湿循环对素水泥土和铁尾矿砂水泥土的强度造成的损伤程度不同,素水泥土在循环初期强度损失较大而在循环后期损失较小且逐渐趋于平缓,铁尾矿砂水泥土在循环初期强度损失较小,超过一定循环次数后强度下降明显;水泥土强度劣化的主要原因是孔隙水的干缩湿涨造成水泥土内部的应力集中。     

碱矿渣粉固化沙漠土力学性能及耐久性能研究

结合新疆古尔班通古特沙漠环境特性,通过固化沙漠土击实试验、干湿循环试验以及冻融循环试验,研究其力学性能和耐久性能。结果表明:固化沙漠土最优碱矿渣粉固化剂掺量为14%,最优含水率为10%,此时最大密度为2.09 g/cm~3,28 d抗压强度为6.34 MPa。固化沙漠土28 d无侧限抗压强度随干湿循环次数的增多而增大,干湿循环9次时强度最大(8.67 MPa),比标准试样减小27.9%,之后无侧限抗压强度逐渐降低。固化沙漠土无侧限抗压强度随冻融循环次数的增加而增大,当冻融循环5次后增幅趋于平缓,冻融循环7次后强度随龄期的增大逐渐减小,9次冻融循环后的强度为7.8 MPa(标准养护试样的80.4%)。     

水泥-石灰-磷石膏固化赤泥的路用基层性能

基于磷石膏硫激发作用水泥-石灰固化赤泥,开展了固化赤泥无侧限抗压强度、抗劈裂、抗回弹力学性能和干湿、冻融耐久性能等路用性能的室内试验,探究了该固化赤泥应用道路基层的可行性。试验结果表明：采用固化剂配比m_水泥∶m_石灰∶m_磷石膏=8∶2∶2的固化赤泥路用基层性能最佳,7 d无侧限抗压强度为4.18 MPa,满足基层强度要求;28 d劈裂强度和回弹模量分别为0.256、1 020 MPa;五级干湿和冻融循环后,质量变化率<2%,强度损失指标BDR均在80%以上。压汞试验从微观揭示了磷石膏反应产生的钙矾石,通过填充孔隙(0.1～1μm),增强固化赤泥强度;过量钙矾石使得固化赤泥体积膨胀,产生微裂缝孔隙(1～10μm),强度性能劣化。综合固化赤泥性能试验结果,使用m_赤泥∶m_水泥∶m_石灰∶m_磷石膏=100∶8∶2∶2配合比制备的固化赤泥替代传统路面基层材料是可行的,拓宽了赤泥综合利用的途径。     

干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力响应规律研究

非饱和土基质吸力与其微观孔隙结构息息相关。为探究在干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力的响应规律, 以重塑黄土坡滑坡滑带土为研究对象, 采用压汞法分析干湿循环过程中孔隙大小分布规律, 得到不同干湿循环次数下滑带土孔隙分布曲线。在此基础上, 结合分形原理, 将滑带土孔隙划分成三类(大孔隙、中孔隙和小孔隙); 结合毛细管模型, 间接推算出滑带土的土-水特征曲线(SWCC)。研究结果表明:反复干湿循环作用使小孔隙逐渐转化成大孔隙, 颗粒孔隙转化成团粒孔隙; 不同干湿循环次数对应的土-水特征曲线均存在一个共同的拐点, 拐点上侧, 含水率相同时, 随着干湿循环次数增加, 基质吸力逐渐增大, 下侧反之。研究成果有利于深入了解滑带土的干湿循环效应, 可用于库岸滑坡演化机理研究。     

冻融循环对钢纤维混凝土动力性能的影响研究

通过对冻融循环劣化后的钢纤维混凝土试件进行动态三轴压缩试验,分析了冻融循环及钢纤维掺量对混凝土轴向极限抗压强度、轴向峰值应变和应力-应变曲线的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)分析冻融前后钢纤维混凝土的微观结构。目的在于探明冻融循环对钢纤维混凝土动态力学性能的影响规律,为寒冷地区钢纤维混凝土在实际工程中的应用提供理论参考。结果表明:增加冻融循环次数导致轴向极限抗压强度下降且100次冻融循环后下降速度明显增大,而轴向峰值应变基本呈线性增大。应变速率的增加导致轴向极限抗压强度增大且轴向峰值应变逐渐减小。冻融循环破坏了钢纤维混凝土内部结构,导致应力-应变曲线包围面积减小,钢纤维混凝土吸收能量的能力降低。钢纤维掺量对冻融劣化后混凝土动力性能影响较大,本试验中1%的钢纤维掺量下冻融劣化后混凝土最优。SEM微观结构揭示了钢纤维增强混凝土抗冻性的强化机理,以及过量掺入钢纤维对抗冻性的弱化机理,与宏观试验结果一致。     

水质污染和冻害作用下粉煤灰水泥土宏微观物理力学特性的相关性研究

针对粉煤灰水泥土在水质污染及冻害作用下的耐久性问题,开展了固化土宏微观物理力学特性的相关性研究。宏观力学强度通过无侧限抗压强度试验获得,分析了水质污染类别、冻融循环次数、固化剂配比、龄期等因素对固化土强度的影响;微观结构通过渗透试验、扫描电镜试验(SEM)及X射线衍射试验(XRD)获得,分析了固化土的孔隙率及矿物成分等微观结构特性;通过结合宏微观试验结果,分析了固化土宏观力学强度及微观结构之间的相关性。研究结果表明:冻害会降低固化土的抗压强度,削弱延长龄期对提高强度的有利影响;水质污染也会降低土的抗压强度,工业废水比生活污水影响更甚;污水环境下,化学侵蚀引起的高强度胶结物改变等原因降低了固化土中粘结物的粘结性能,由此引起的固化土微观结构改变导致了宏观强度的降低;此外,随着粉煤灰含量的增加,固化土的孔隙率小幅减小,渗透性却大幅提高,特别是在污水环境下,导致了固化土抗冻性能的减弱。     

基于响应曲面法优化二灰滨海盐渍土的配合比设计

为了确定固化盐渍土的最优改良方案,应用响应曲面法优化了石灰与粉煤灰复合改良盐渍土的室内试验方案。通过室内试验,测试了改良后盐渍土的无侧限抗压强度值,应用Design-Expert8.0软件分别选取含盐量X_1、石灰掺量X_2、粉煤灰掺量X_3为试验因素,利用Box-Behnken响应曲面法进行试验设计,分析了含盐量、石灰和粉煤灰掺量对固化盐渍土无侧限抗压强度的影响,并确定了盐渍土的合理改良方案。结果表明,二灰固化盐渍土最优配比:含盐量X_1为3%,石灰掺量X_2为12%,粉煤灰掺量X_3为24%时,固化土的无侧限抗压强度指标达到最大,该模型预测值为0.784MPa,与实测值仅相差0.014 MPa。响应曲面法可以用于各类固化盐渍土改良方案的比选和研究,对滨海盐渍土的其他固化方法具有一定的参考价值。     

膨润土石灰改良黄土强度及微观结构试验研究

黄土工程性能较差,必须经过处理才能作为路基填料使用。为了提高黄土路基的承载力,更好地解决黄土路基的工程病害问题,在黄土路基填料中加入膨润土和石灰,通过不同组合掺量的膨润土-石灰-黄土的无侧限抗压强度试验与核磁共振试验,分别从土体强度和孔隙结构的角度出发,研究各掺量膨润土-石灰对黄土路基填料强度及孔隙结构的改良效果。试验结果表明:膨润土可以有效填充黄土的孔隙,石灰能使土体内分散的颗粒连成整体,并使土体无侧限抗压强度提高4.01倍;改良黄土的无侧限抗压强度随着养护龄期的增大而增大;与素黄土相比,改良黄土的孔隙度降低,大孔隙占比显著减少。通过微观电镜扫描发现土颗粒之间连成整体,且颗粒间的大孔隙也基本被填充。因此,膨润土和石灰对黄土填料的改良效果较为显著。     

隧道石膏质围岩强度特性试验研究

以宜昌—巴东高速公路凉水井隧道出露的石膏质围岩为研究对象,开展了不同含水率、不同干湿循环下的石膏质岩单轴压缩试验,探讨其强度软化特性。利用微观电镜扫描石膏质岩遇水及干湿循环后微观结构,分析其强度劣化机理。结果表明:石膏质岩强度较低,属于软岩,强度及变形指标随含水率变化十分敏感,遇水软化特性显著,试样的抗压强度、弹性模量、变形模量都随着含水率的增大而降低,并与含水率呈现良好的函数关系,泊松比随着含水率的增大而近似呈现增大的趋势;干湿循环作用对石膏质岩力学性质劣化明显,抗压强度、弹性模量、变形模量随着干湿循环次数的增加而不断降低,并与干湿循环次数呈现良好的对数关系,泊松比随着干湿循环次数的增加而增大,但增幅有限;微观电镜图片显示水对石膏质岩结构破坏特征显著。石膏质岩的不良特性将对隧道建设产生不利影响,隧道施工中注意采取相应的防治措施。     

干湿循环与持续轴压荷载对水泥砂浆耐硫酸盐侵蚀性能的影响

为分析持续轴压荷载和干湿循环对水泥砂浆耐硫酸盐侵蚀性能的影响,通过宏-微观试验,对比不同工况下砂浆的表观现象、质量、膨胀率、强度的劣化特性并探究其侵蚀机理。结果表明：持续轴压荷载和干湿循环均显著加剧砂浆劣化,且应力越大影响越大;应力比0.4工况的砂浆线膨胀率最高增长0.67%,其抗压强度最大损失40.72%;干湿循环工况的砂浆线膨胀率最高增长0.43%,其抗压强度最大损失29.63%;较低持续轴压荷载前期减缓硫酸盐侵蚀而后期加剧,较高持续轴压荷载直接增多砂浆内部缺陷,加剧化学侵蚀,导致宏观性能大幅下降;干湿循环作用下硫酸盐结晶与钙矾石、石膏等腐蚀产物共同导致砂浆微观结构劣化和缺陷扩展,持续轴压荷载不改变硫酸盐的侵蚀机理,但显著影响侵蚀进程;二项式函数能够较好的描述砂浆硫酸盐抗压强度的劣化规律。研究成果可以为水工结构的耐久性评价与保护层设计提供指导和支撑。     

干湿循环作用下原状黄土宏-微观参数关系研究

为探明不同干湿循环条件对原状Q₂黄土宏观力学性能与微观结构的影响,明确宏观力学参数与微观结构参数的定量关系,开展了干湿循环试验、三轴压缩试验和扫描电镜试验,分析了干湿循环过程中原状黄土宏观强度和微观结构的变化规律,基于综合结构势思想,利用宏观力学参数定义了原状黄土可变性参数表达式,推导了用以描述黄土微观孔隙结构特征的孔隙特征参数,建立了原状黄土宏-微观参数关系表达式。结果表明：干湿循环作用下,原状黄土孔隙面积比和分形维数呈增长趋势,黄土峰值偏应力和黏聚力持续减小,干湿循环幅度越大,下限含水率越高,黄土孔隙结构的扩张和宏观强度的衰减越快,但内摩擦角变化不大;原状黄土的可变性可用宏观峰值偏应力与土体黏聚力的比值表征,即可变性参数,随着干湿循环次数的增加,原状黄土可变性参数整体呈非单调增长趋势变化;原状黄土的微观孔隙结构特征可用孔隙面积比和孔隙分形维数的乘积表征,即孔隙特征参数,其与可变性参数的变化关系和三角函数接近;原状黄土峰值偏应力与孔隙特征参数的比值随黏聚力的变化规律服从指数函数关系,经验证,该函数关系可较为合理地描述原状黄土宏观和微观参数间的数量关系。     

水泥改性膨胀土基本特性试验

通过无侧限抗压强度试验、收缩试验、X射线衍射(XRD)试验、压汞(MIP)试验、扫描电镜(SEM)测试,从宏观力学特征、物相构成演变以及微观结构特性三方面,对水泥改性膨胀土进行系统研究。结果表明:掺入水泥可以有效改善膨胀土的土体强度和胀缩特性;掺入水泥使得膨胀土微观结构发生显著变化,随水泥掺入量的增加,水化反应产生的C-S-H凝胶态产物总量逐渐增多,将土体颗粒粘联胶结形成较大的絮状体,优化土体孔隙结构,改性膨胀土土体内孔径小于100 nm的微细孔体积分数逐渐增大,说明水化产物的总量是决定水泥改性膨胀土微观孔隙结构特征、土体强度及收缩特性的关键因素。     

引江济淮白山船闸水泥土强度试验

智能化双向搅拌桩技术在引江济淮白山船闸工程中得到了推广应用，为研究白山船闸水泥土的强度变化规律以及新技术应用效果，通过制备不同形状、水泥掺量和龄期的水泥土试样，进行无侧限抗压强度试验和三轴不固结不排水试验，获得水泥土的应力应变关系、抗压强度及抗剪强度参数。室内试验结果表明：水泥土应力-应变关系为应变软化型，无侧限抗压强度随水泥掺量、龄期的增长而增大，与龄期对数近似呈线性关系；90 d龄期的圆柱体试样强度比立方体试样高约13%;变形模量与无侧限抗压强度的比值在55.6～96.2之间，受龄期影响较大；黏聚力与无侧限抗压强度呈近似线性增长关系，内摩擦角范围为22°～33°。现场芯样强度达到室内水泥土强度的70%以上，智能化双向搅拌技术能够在一定程度上改善搅拌桩成桩质量，采用强度比值的拟合关系式有利于弥补室内与现场水泥土的强度差异。扫描电镜(SEM)结果从微观角度揭示了水泥土的强度增长机理。研究成果可为类似工程研究提供依据。     

有机磷农药污染黄土的强度及微观特性研究

为研究农药污染土的力学特性,开展了有机磷农药（草甘膦、草铵膦）不同含量、压实度、含水率、养护龄期条件下黄土的无侧限抗压强度试验,并对试样进行了微观结构分析。结果表明：污染黄土无侧限抗压强度随农药含量的增加而减小,草甘膦与草铵膦两种农药影响效果相似。污染黄土无侧限抗压强度随压实度和养护龄期的增加而增大,随含水率的增加而减小且逐渐趋于平缓。通过微观结构分析发现,农药侵入土体并未改变土中的矿物成分,而是吸附于土中的黏粒矿物上,与矿物层间离子发生反应,从而降低了层间的支撑作用,使得土体颗粒更为破碎,土中大孔隙增多、颗粒排列更加分散导致了土体强度的降低。     

土壤稳定剂-聚丙烯纤维复合改良膨胀土的试验研究

针对常规单一方法改性膨胀土效果不佳的问题,利用土壤稳定剂及聚丙烯纤维复合改良膨胀土物理力学特性,抑制内部裂隙扩展。基于自由膨胀率、水稳试验、无侧限抗压强度试验获得单掺土壤稳定剂的最优稀释比及单掺聚丙烯纤维的最佳纤维掺量。同时在干湿循环条件下,基于宏观力学强度试验及细观裂隙、微观孔隙观察,分析土壤稳定剂-聚丙烯纤维复合改良膨胀土的效果。研究表明:土壤稳定剂可有效降低膨胀土的自由膨胀率,增强膨胀土的水稳性,改性膨胀土的最优稀释比为1∶150（体积比）;聚丙烯纤维的加筋作用能有效提高膨胀土的无侧限抗压强度,且最佳纤维掺量为0.20%（质量比）;聚丙烯纤维与土壤稳定剂共同发挥作用,复合改良膨胀土后能有效提高土体的无侧限抗压强度,且强度衰减速率得到抑制,膨胀土细、微观裂隙扩展速率得到有效控制。本研究可为土壤稳定剂及聚丙烯纤维复合改良膨胀土的工程应用提供参考。