水泥固化东湖淤泥的工程性质试验研究

利用将水泥、化学固化剂和机械力脱水三种方法相结合的方式对东湖淤泥进行固化处理,通过界限含水率、强度试验(包括CBR和直剪试验)以及渗透试验研究了在使用水泥固化过程中水泥掺量、养护龄期以及压实度对固化土工程性质的影响。结果发现:仅使用化学固化剂和机械脱水固化处理后的淤泥属于高液限粉土,CBR强度低,不能满足路基填料的要求。使用水泥能够有效提高一次改性固化土的CBR强度和直剪黏聚力,养护龄期对CBR强度影响很小,而水泥掺量、养护龄期和压实度对内摩擦角的影响均不大。此外,在水泥掺量从0%增大到8%的过程中,渗透系数呈现出先增大后减小的趋势,在水泥掺量为2%时达到最大值。综合分析,在水泥二次改性过程中,为符合路基填筑要求,水泥掺量宜为8%,压实度宜大于92%。     

冻融循环对风化砂改良膨胀土无侧限抗压强度影响研究

研究了风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度与风化砂掺量、冻融循环次数之间的定性和定量关系。在膨胀土中分别掺入0,10%,20%,30%,40%,50%的风化砂,在经过0,1,3,6,9,12次冻融循环后,在万能试验机上进行无侧限抗压强度测试。试验结果表明在同一冻融循环次数下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随掺砂比例的增大总体呈现先增大后减小的趋势,当掺砂比例为10%时,风化砂改良膨胀土试样的无侧限抗压强度最大;在同一掺砂比例下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随冻融循环次数的增大而减小,其降低的幅度随冻融循环次数的增大也呈减小的趋势;对试验数据进行回归分析,建立无侧限抗压强度与冻融循环次数之间的数学模型,二者之间表现出良好的自然对数关系,且无侧限抗压强度与冻融循环次数的自然对数呈线性负相关关系。     

粉煤灰改良膨胀土强度及膨胀特性试验研究

为探讨粉煤灰对膨胀土膨胀及强度特性的改良效果,对粉煤灰改良膨胀土进行无侧限抗压强度等一系列试验。研究结果表明,掺入粉煤灰能有效抑制膨胀土的膨胀特性;未经养护土样,粉煤灰掺量对其无侧限抗压强度影响不明显,而在7d和28d的养护条件下,随粉煤灰掺量增大,均呈增大趋势;以粉煤灰掺量6%为例,研究龄期为0~180天8个试样的无侧限抗压强度,发现龄期与抗压强度呈良好乘幂关系。     

胶结土无侧限抗压强度试验研究

现今在水利工程上通过掺入胶凝材料来消除粉质黏土的时效性,改善粉质黏土的性能,以便更好地用于实际工程中。本文通过单掺、双掺及三掺胶凝材料(水泥、石灰、粉煤灰)对粉质黏土进行改性,并分别养护7d、14d、28d后进行无侧限抗压试验,分析了粉质黏土改性后的无侧限抗压强度的变化规律。试验结果表明:(1)改性后的粉质黏土无侧限抗压强度随胶凝材料的掺量增多而增大;(2)改性后的粉质黏土无侧限抗压强度随养护龄期的增长而增大,但增大趋势随养护龄期的增长而减小;(3)掺入3%水泥、1.5%石灰和1.5%粉煤灰是改性粉质黏土的最佳配制方法。本文试验方法和试验结果可为今后粉质黏土的改性起一定的借鉴作用。     

砂质粉土水泥土无侧限抗压强度试验

通过对36组水泥土室内配方试验的归纳与分析,进行了室内4种因素影响下水泥土的无侧限抗压强度试验,定量分析了水泥掺量、养护龄期、水泥品种和养护方式对水泥土无侧限抗压强度的影响,揭示了各种因素对水泥土无侧限抗压强度的影响规律。试验结果表明:水泥土无侧限抗压强度随着龄期的增长而提高;水泥掺量、水泥品种和养护龄期是影响水泥土无侧限抗压强度的主要因素;对于水泥掺量小于10%的水泥土,养护方式对水泥土强度影响较大。试验结果还表明:无侧限抗压强度试验中的应力应变关系随水泥掺量的变化以及龄期都有较明显的变化趋势,水泥土试样随龄期的增长和水泥掺量的增加均变得越硬越脆,龄期越长、水泥掺量越大,应力应变关系曲线在上升段越陡峭。最后,从扫描电镜(SEM)试验照片中可以直观的看出水泥土随着水泥掺量的增加强度的变化规律。     

不同垂直荷载与剪切速率条件下水泥稳定风化砂直剪试验研究

以湖北宜昌三峡库区风化砂为研究对象,在风化砂中掺入不同量的水泥,然后改变剪切速率、改变上覆垂直荷载,进行室内直接剪切试验,研究了剪切速率、垂直荷载对不同掺量水泥稳定风化砂抗剪强度指标的影响。试验结果表明:剪切速率、垂直荷载对水泥稳定风化砂抗剪强度指标有明显影响。在相同的剪切速率和垂直荷载下,水泥稳定风化砂的黏聚力会随着水泥掺量的增加显著提高,但内摩擦角会先增大再减小;在相同的水泥掺量下,增大剪切速率和垂直荷载均会显著增大水泥稳定风化砂的黏聚力而减小其内摩擦角。剪切速率较大时,试样在剪切破坏过程中不仅要克服颗粒间的滑移,还要克服颗粒的旋转、滚动与换位阻力,使黏聚力增大。较大的垂直荷载会使试样产生较大的压缩固结,粒间的孔隙减少,孔隙间的水应力和垂向附加应力增大,砂颗粒间的相互作用力加强,抗剪强度提高。     

初始含水率和改良材料掺量对膨胀土抗剪强度的影响

为研究不同初始含水率和不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响,分别在膨胀土中掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂进行膨胀土的化学改良,通过改变4种改良材料的掺量及调整膨胀土的初始含水率,进行室内直剪试验。试验结果表明:掺水泥、石灰和粉煤灰能显著提高膨胀土的黏聚力,掺水泥提高黏聚力的幅度最大,其次是掺石灰和粉煤灰,掺风化砂会使膨胀土的黏聚力下降;掺水泥、石灰、粉煤灰和风化砂均能提高膨胀土的内摩擦角,其中掺水泥提高内摩擦角的幅度最大,其次是风化砂。4种材料均可用作膨胀土的改良材料,不同初始含水率及不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响十分显著。     

硅粉对淤泥水泥土性能改善的试验研究

该文通过在高含水量的河道清淤淤泥水泥土中掺入不同比例的硅粉,测试其密度、无侧限抗压强度及渗透系数,探讨硅粉掺量、养护龄期和淤泥含水量等因素对其性能的影响。试验结果表明:淤泥水泥土密度随硅粉掺量增加略有增大;无侧限抗压强度随硅粉掺量增大而提高,两者间近似呈线性关系;掺入硅粉对淤泥水泥土早期无侧限抗压强度提高非常有利,对后期无侧限抗压强度提高不明显;无侧限抗压强度随养护龄期增长而逐渐提高,二者间呈对数关系;渗透系数随硅粉掺量增大而降低1~2个数量级;淤泥含水量提高,淤泥水泥土无侧限抗压强度明显降低,但对其渗透系数影响不大。     

玄武岩纤维对不同龄期低热水泥混凝土强度影响试验研究

系统探究不同玄武岩纤维(BF)掺量及长度对不同龄期低热水泥混凝土强度影响规律,为改善低热水泥混凝土早龄期强度提供基础。BF掺量设置为0.0%、0.1%、0.2%、0.3%,长度设置为12 mm、24 mm,养护龄期设置为3 d、5 d、7 d、14 d、28 d,得到不同BF掺量及长度对不同龄期低热水泥混凝土抗压强度影响规律。研究结果表明：不同长度及掺量的BF均能改善低热水泥混凝土的强度性能,最大增幅达20.47%。不同龄期下BF纤维掺量及长度的强度作用效应存在显著差异。除3 d龄期外,其余龄期下抗压强度随12 mm BF掺量增加呈先增加后降低的趋势,抗压强度峰值掺量为0.2%。除28 d龄期外,抗压强度随24 mm BF掺量增加而持续增大,而28 d龄期抗压强度则呈先增大后降低趋势,转折点掺量为0.1%。相同BF掺量及长度条件下,BF对短龄期低热水泥混凝土抗压强度提升效果较长龄期更为显著,推荐BF长度12 mm,掺量0.2%。     

基于离心机法研究固化淤泥的土水特征曲线

为了研究疏浚淤泥固化处理后作为土工材料时保持水分的能力,利用离心机法快速量测了不同水泥掺量及龄期下固化淤泥的土水特征曲线,提出了修正后的吸力计算公式,试验结果表明:水泥的掺入使得淤泥中低势能的自由水转化到水泥水化产物中,随水泥掺量的增大,固化淤泥的持水能力不断增强;养护龄期越长,水泥水化反应越充分,固化淤泥进气值增大,土水特征曲线排水阶段的斜率减小,28 d与56 d的进气值差别不大,说明龄期对固化淤泥土水特征曲线的影响逐渐趋于稳定。     

水泥-粉煤灰-脱硫石膏固化铅污染土强度特性及预测方法

为了研究复合水泥材料固化铅污染土的强度特性,采用水泥、粉煤灰与脱硫石膏混合形成的固化剂(CFG)对铅污染土进行固化处理,基于正交试验的方法进行无侧限抗压强度测试,研究铅离子浓度与CFG掺量对土体强度特性的影响规律。结果表明:固化土的抗压强度随CFG掺量增加而增大,随铅离子浓度增加而降低;养护7 d前铅离子浓度和固化剂掺量对土体抗压强度的影响,前者大于后者,而7 d后后者大于前者;在3,7 d时2种因素对于土体的强度的影响均较小,在14 d时该影响大幅提升,到28 d时影响特别显著。结合试验成果,提出了基于养护龄期和CFG掺量的强度预测公式,研究成果可供从事铅污染土修复工作的科研人员参考。     

基于核磁共振技术的疏浚淤泥固化土孔隙水含量及分布研究

为研究疏浚淤泥固化土中孔隙水的含量及分布规律,利用低场质子核磁共振技术探测疏浚淤泥固化土的横向弛豫时间T₂分布曲线。结果表明各水泥掺量下淤泥固化土样品的弛豫时间分布只有一个主峰,峰面积随着养护龄期的增长和水泥掺量的增大均逐渐减小,孔隙水的含量逐渐减小,并且孔隙水的减少首先是从大孔隙水分开始的,龄期的主要作用是减小大孔隙里的水分含量,而水泥不仅有利于大孔隙水分含量的减小,也有利于小孔隙水分含量的减小;随着养护龄期的增长和水泥掺量的增大,淤泥固化土的T₂分布范围变窄,分布趋向于短弛豫时间,孔隙水逐渐分布在较小的孔隙中;加权平均T₂弛豫时间随着龄期的增长先快速下降,7 d后下降的速率逐渐减小,固化土T₂总核磁信号幅值随养护龄期的变化总体呈减小趋势,速度超过7 d后减慢,这是因为淤泥固化土内部的化学反应使得水分被消耗或转化成了矿物水。研究表明核磁共振技术能较好地呈现淤泥固化过程中孔隙水含量及分布的变化规律。     

无约束多条件下钢渣水泥砂浆的长期干缩性能

工业钢渣中含有部分C₂S、C₃S等矿物,具有与水泥熟料相似的胶凝性能,但因其含有一定量的f-CaO和f-MgO,掺量过大易引起安定性不良。为了更好地将钢渣细集料应用到水泥砂浆中,采用水泥胶砂干缩试验,研究其在不同养护条件及不同龄期下对水泥砂浆长期干缩性能的影响。试验结果表明:在标准养护条件下,单掺钢渣粉60%和单掺钢渣砂70%时,钢渣水泥砂浆的干缩率最小。复掺钢渣粉与钢渣砂时,观察到掺量控制在钢渣粉20%、钢渣砂40%和钢渣粉30%、钢渣砂60%时,钢渣水泥砂浆的干缩率最小。在恒温养护条件下,单掺钢渣粉35%与单掺钢渣砂40%时,水泥砂浆的长期干缩值最小。     

二灰稳定风化砂无侧限抗压强度试验研究

以三峡库区风化砂为研究对象,掺入不同剂量的石灰和粉煤灰进行改良,然后进行无侧限抗压强度试验,研究二灰稳定风化砂的路用性能。通过研究不同石灰剂量、二灰比及不同龄期下二灰稳定风化砂的无侧限抗压强度,并采用极差分析和多因素方差分析的方法,以二灰稳定风化砂的无侧限抗压强度为考核指标,对石灰剂量和二灰比这2个影响二灰稳定风化砂无侧限抗压强度的主要因素进行了分析,为二灰稳定风化砂作为基层或底基层的配比设计及施工提供依据。试验结果表明:二灰稳定风化砂能用作高速公路及一级公路的底基层或二级及二级以下公路的基层;在某一确定石灰剂量和同一二灰比下,二灰稳定风化砂的无侧限抗压强度随龄期的增长而增大,但随龄期增大的速度差异较大。石灰剂量是影响其强度的首要因素,二灰比是次要因素,但两者对风化砂的强度影响显著,并得到了该二灰稳定风化砂的最佳配比。     

二灰稳定三峡库区风化砂三轴试验研究

以三峡库区风化砂为研究对象,将其用石灰与粉煤灰质量比为1∶2,1∶3,1∶4的二灰进行稳定加固处理,其中石灰剂量分别为4%,5%,6%,然后进行不固结不排水三轴剪切试验,得到不同二灰掺量下的风化砂抗剪强度指标,并将三轴试验结果与直剪试验结果进行对比分析。结果表明:二灰稳定风化砂试件在不同围压下的应力-应变关系表现为应变软化型;二灰掺量的改变对二灰稳定风化砂内摩擦角的变化影响较小,而对黏聚力的变化影响较剧烈;当石灰的掺入比例一定时,黏聚力随着粉煤灰掺量的增大而增大,而内摩擦角随着粉煤灰掺量的增大呈现先增大后减小的趋势。对比三轴试验和直剪试验结果发现,通过三轴试验得到的黏聚力大于直剪试验得到的黏聚力,但二者得到的内摩擦角相差不大。研究结果可为三峡库区废弃风化砂的再生利用提供参考。     

污泥固化土强度特性研究

为明确污泥固化处理后的强度变化特征,并从水分转化角度揭示其变化机理,对不同水泥添加量和不同养护龄期条件下污泥固化土的强度特性进行了室内试验研究。结果表明:(1)污泥固化土的无侧限抗压强度与水泥添加量呈线性正相关,固化系数k随着养护龄期的增加而增大。0~14 d,k由0.807 9增大到1.251 8,增长幅度较大,为54.94%;14~28 d,k由1.251 8增大到1.488 7,增长幅度明显减小,为18.92%。(2)无侧限抗压强度与养护龄期之间呈现良好的正相关性,二者拟合的相关系数在0.969 8~0.999 7之间。(3)水泥主要与污泥中结合势能较低的自由水发生水化反应,随着水泥添加量的增加,自由水百分量降低明显,下降幅度达到47.7%,结合水百分量降低缓慢,下降幅度仅9%;且水化反应在14 d内基本完成,14 d内水化反应消耗的自由水含量约为28 d内的80%。研究成果可为污泥固化土这种特殊性质土体的基本力学性质研究提供基础参数,为实际固化施工工艺的选择提供了参考。     

垃圾土地基灌浆处理试验

通过现场灌浆试验,钻取灌浆处理后的水泥垃圾土样进行水泥质量分数的分析试验,得到一次灌浆能使水泥浆在垃圾土地基中较均匀分布,水泥质量分数达到约10%,二次灌浆能增加水泥质量分数约25%的结果。经过室内水泥垃圾土样28 d养护强度试验,发现即使水泥掺入量达到25%、养护60 d,得到的应力应变曲线仍呈硬化型,水泥垃圾土仍是松散体,没有形成固结体。灌浆前后垃圾土地基的静载荷试验表明,灌浆能明显改善垃圾土地基的承载特性,提高地基的承载力,但由于垃圾填埋场现场养护条件限制,二次灌浆后垃圾土地基的破坏表现为脆性特征。     

粉煤灰-天然砂改良膨胀土强度特性试验研究

为探讨粉煤灰-天然砂改良膨胀土强度特性,对改良膨胀土进行了击实试验、无侧限抗压试验和三轴试验。试验结果表明:粉煤灰掺量一定时,最大干密度随天然砂掺量增加呈先增大后减小趋势,而最优含水量逐步减少;天然砂掺量一定时,最大干密度及最优含水量随粉煤灰掺量增加均逐渐减小;在粉煤灰和天然砂之和占比20%不变条件下,随天然砂占比减小,无侧限抗压强度与三轴抗剪强度先增大后减小,天然砂掺量5%和粉煤灰掺量15%时强度最大;随着粉煤灰和天然砂掺量的增加,内摩擦角先增加后减小;粉煤灰和天然砂掺量之和一定时,随着粉煤灰的增加和天然砂掺量的减少,黏聚力逐渐减小。研究成果可供致力于改良膨胀土工程性质的研究人员参考。