纤维增强固化土类新型材料的研制与工程应用前景

本文主要论述了近年来,我们研制与开发的专利性产品新土壤固化元素(New Soil Solidify Element,简称NSSE)的研制及用它配制的固化土、固化淤泥和固化粉煤灰等复合材料的主要性能参数,以及掺入适量钢纤维、聚丙烯纤维或其他纤维后,原本为脆性显著的材料,将其改变为增强增韧的弹塑性体材料,其弹性模量、抗压强度、抗拉强度和弯折强度、弯折韧度、抗渗与抗冻性、耐疲劳与耐久性等一系列主要性能,均比不掺入纤维的素固化土类材料的性能有显著提高.同时研制与开发的未掺纤维的固化土和固化粉煤灰一类砖块的强度,基本上达到了与藤增次郎1993年研制"藤增水泥"制品和"托马斯陶瓷"制品的强度相当接近的水平,其他性能也都是优良的.将这类材料用于公路路基、停车场和厂房铺垫基础,固定松软地基,填埋与固化沼泽地带,固化海峡淤泥,固化防浪海堤与江堤,固化西北高原黄土将其造地或修成梯田,概括说可成为筑路、修渠、固堤、建墙、固塘、建矿和建厂等各行业广泛使用的工程材料.特别是这一类固休材料,当掺入适量的钢纤维、聚丙烯纤维或其他纤维时,就变成为纤维增强增韧的固化土、固化淤泥和固化粉煤灰材料,更是物美价廉的优质工程材料,它必将在今后国家重点实施西部大开发战略中发挥极大的效能.由此可见,其发展前景及其形成产业化价值将会是十分巨大的.     

河道疏浚淤泥固化处理设备、流程及应用

河道疏浚中产生的淤泥如采取抛弃处理会造成资源浪费。介绍一种淤泥固化系统,可对城市污泥、淤泥、隧洞和建筑工程等产生的污泥在工地现场进行瞬间造粒后固化。以图示方式简单描述了淤泥投入、固化出料及养护的处理流程。根据强度试验结果,经系统固化后改良土的强度达到第3类工程用土。总结了淤泥固化系统具有体积小、高机动性、无副产物和处理数据自动记录等特点。介绍了该系统在日本应用的工程实例。最后指出,污泥固化处理成本取决于污泥特性、产物用途及环境指标等因素。     

沿海盐渍淤泥土壤固化方法和应用

海城市连云港盐渍淤泥土壤固化方法和工程应用,解决了盐渍淤泥土壤硬化难、强度低、沉降量大等难题,填补国内沿海盐渍淤泥土壤固化空白。盐渍淤泥土壤固化形成稳定固化土地基可以替代道路、物流货物堆场、建筑地基等使用的石灰、水泥、碎石、砾石等传统换填材料,节省资源、能源,减少二氧化碳等温室气体的排放量,有利于生态环境保护,经济、环境效益特别明显。这种沿海建设软土地基处理技术是工程建设可持续发展的创新技术之一。     

水泥及其外加剂固化淤泥的试验研究

为了改善武汉东湖疏浚淤泥的物理力学性能,在传统水泥固化处理方法的基础上,掺入外加剂氢氧化钠(NaOH)和石膏,对100多组淤泥固化土试样进行了室内无侧限抗压强度试验,进行固化效果和固化机理的分析。结果表明:在疏浚淤泥固化过程中水泥占主导地位,对固化效果影响最为显著;NaOH促进了水泥的水化作用,增强了淤泥固化土的无侧限抗压强度,表现在固化淤泥早期强度的快速提高;石膏有利于固化淤泥早期强度的形成,其作用持续于整个淤泥固化过程。在水泥掺入比一定时,NaOH和石膏都存在最佳掺量,超过了最佳掺量,强度就会降低。3种固化剂的正交试验得出最佳配比为实际工程的应用提供依据。     

从水分转化研究早强型材料固化淤泥的早强机理

针对淤泥固化工程为了减少堆场占地而需要早强性能的问题,研究在污水厂污泥固化/稳定化处理中使用的早强材料—硫铝酸盐水泥对清淤淤泥是否具有早强的性质,并从水分转化的角度探讨早强发生的机理。以太湖清淤淤泥为对象,使用硅酸盐水泥为对照,实测分析了固化淤泥的强度、变形、水分转化量。结果表明:硫铝酸盐水泥具有良好的早强性能,早强的机理在于更多地反应形成了结晶态的钙钒石。这种以矿物水形态被定量测定的生成物对早强发挥了关键的作用。     

碱激发钢渣粉淤泥固化土性能研究

在淤泥土等不良土质中水泥固化存在抗压强度低、水泥消耗量大等问题,分析了钢渣粉掺量、养护龄期、激发剂等对固化土抗压强度的影响规律。结果表明:当钢渣粉掺量超过10%,固化土7 d抗压强度快速降低,28 d抗压强度逐渐提高;NaOH和Na2CO3对钢渣基淤泥固化土影响类似,低掺量效果有限,20%掺量固化土28 d抗压强度分别提高至1.33 MPa和1.67 MPa。复合碱激发材料对固化土的抗压强度提高效果优于单一碱激发材料,10%NaOH复合10%Na2CO3固化土28 d抗压强度达到2.37 MPa。SEM表明,复合碱激发材料的掺入可促使淤泥固化土内部产生更多的硅酸钙凝胶,减少孔隙,提升整体密实性,从而提高了固化土抗压强度。     

干湿循环作用下固化淤泥的抗剪强度变化规律

河、湖等的疏浚淤泥多采用固化方式进行处理。针对固化淤泥材料的干湿稳定性问题,系统开展了干湿循环作用下水泥固化疏浚淤泥的抗剪强度特性试验研究,揭示了固化淤泥在干湿循环作用下抗剪强度的变化机理,并对各影响因素进行了定量分析。结果表明:随着干湿循环次数的增加,固化淤泥的抗剪强度逐渐变化,且先快后慢,最后趋于稳定;干湿循环后,水泥掺量100kg/m~3固化淤泥试样的抗剪强度降低,而水泥掺量150、200kg/m~3试样干湿循环后的抗剪强度不降反增,说明干湿循环对固化淤泥的影响与水泥的掺量有关。较高的干燥温度促进了水泥水化,从而导致水化产物增加,固化淤泥的抗剪强度增大;同时,干湿循环过程中,微裂缝的发育导致固化淤泥的抗剪强度降低,干湿循环对固化淤泥抗剪强度的影响取决于二者的综合作用。     

工业废渣和再生微粉协同固化淤泥的性能研究

采用再生微粉和工业废渣固化淤泥,研究了固化材料的类型（工业废渣基固化材料A、工业废渣-再生微粉基固化材料B）和掺量（5%、10%、15%、20%）、淤泥含水率（17%、45%、70%）对固化淤泥力学性能的影响,并进行了XRD和SEM分析,探讨了固化机理。结果表明：固化材料B的抗压强度比固化材料A的抗压强度低;固化材料B固化淤泥的无侧限抗压强度比固化材料A固化淤泥的无侧限抗压强度低;随着固化材料掺量的增加,固化淤泥的无侧限抗压强度增大;随着淤泥含水率的增加,固化淤泥的无侧限抗压强度降低;综合考虑经济性、绿色低碳和固化淤泥的力学性能,推荐采用固化材料B作为淤泥的固化材料。     

佛山市汾江河疏浚淤泥固化试验研究

汾江河疏浚淤泥的含水率和有机质含量均较高,为了使其达到填埋要求,研究了水泥、石灰和高炉矿渣的单一或组合固化效果.结果表明,随着固化时间的延长,固化淤泥的含水率降低,无侧限抗压强度(UCS)升高;当采用单一固化材料时,水泥和石灰对淤泥的固化效果显著,而高炉矿渣的固化效果不明显;当水泥和石灰的掺入量均为5％、高炉矿渣的掺入量为15％～20％时,固化淤泥的含水率及无侧限抗压强度能达到填埋要求.另外,通过测定浸出液中的重金属浓度发现,水泥、石灰和高炉矿渣复合固化剂对淤泥中的重金属具有一定的固定效果.     

纳米材料改性淤泥质土试验研究

以湖州地区淤泥质黏土为研究对象,针对其有机质含量高、初始含水率大的特点,以传统无机材料水泥为主固化材料,以7d和14d无侧限抗压强度为评价指标,研究不同纳米材料对淤泥质土的固化效果,为纳米材料在公路工程中的应用提供科学探索。     

淤泥固化技术在处理城市道路软土路基中的应用

在沿海城市中修建道路时,软土路基的处理问题十分关键。淤泥固化土具有强度高、稳定性好、环保节能等特点,满足作为地基材料的相关要求。结合连云港市某道路工程实例,从技术、经济、社会效益等方面分析淤泥固化技术在处理城市道路软土路基中的优势。     

矿渣硫铝酸盐水泥流态固化土的力学性能与固化机理

疏浚工程产生的大量淤泥含水率高且含有重金属等有害物质,对环境构成严重威胁。使用固化剂固化淤泥制备流态固化土是资源化利用淤泥的有效方法。目前常用的普通硅酸盐水泥（Ordinary Portland Cement,OPC）固化淤泥存在强度低、能耗高、碳排放高等问题,而矿渣硫铝酸盐水泥（Slag Calcium Sulfoaluminate Cement,G-CSA）是一种低碳高强的新型胶凝材料,在固化淤泥方面具有潜在的应用前景。采用G-CSA制备流态固化土并设置OPC流态固化土对照组,研究高贝利特硫铝酸盐水泥（High Belite Sulfoaluminate Cement,HB-CSA）熟料对G-CSA流态固化土力学性能的影响,并进行水化产物与孔结构表征,进而深入分析G-CSA的固化机理。结果表明,G-CSA流态固化土的强度随着HB-CSA熟料掺量的增加呈先增大后减小的趋势,在掺量为10%时G-CSA流态固化土力学性能达到最优,其28 d抗压强度和抗折强度分别为OPC流态固化土的2.35倍和2.06倍;G-CSA中的柱状AFt形成了骨架结构,C-S-H凝胶则将土颗粒粘结成一个整体,从而...     

海相淤泥土固化效果的试验研究

以水泥＋生石灰作为固化剂,通过室内试验,测定上海浦东地区吹填淤泥的物质组成、化学成分,并对吹填土的吹填固化效果、整体早期强度的形成、固化程度的可控性进行研究,探讨固化剂对固化效果的影响,为海相吹填淤泥的固化提供经济可行的方法。     

基于扰动状态概念理论的固化淤泥一维压缩模型

采用低碳、环保的镁质水泥对淤泥进行固化处理,研究了不同龄期下固化淤泥一维压缩特性。采用新型环刀制样方法,开展了镁质水泥固化淤泥的一维压缩实验研究。结果表明:固化淤泥的压缩曲线与结构性土变化趋势类似,固化淤泥的ln(1+e)–lgσ′v曲线存在一个明显的拐点(结构屈服应力),且随着龄期的增长,固化淤泥的结构屈服应力逐渐增大。基于扰动状态概念理论,提出了能反应固化淤泥强化与弱化并存的一维压缩模型,试验验证了该模型可以较好预测任意龄期下固化淤泥的一维压缩特性。     

滨海相淤泥固化的三轴试样制备

为简化对滨海相淤泥固化的室内试验研究,详细介绍了一种滨海相淤泥重塑、固化的三轴试样制备方法及流程,可高效完成滨海相淤泥的重塑、筛分、固化后三轴试样制备。结果表明:采用该方法制备滨海相淤泥固化三轴试样时操作简便、流程规范、质量可靠,有效提高试样的制备效率,满足滨海地区港口、轨道等工程技术领域的淤泥固化相关科研和试验教学使用要求。     

利用海洋疏浚泥制备淤泥固化砖的研究

减量化和资源化是解决海洋疏浚泥大量堆积问题的重要工作。通过试验疏浚泥含水率、淤泥固化剂掺量和成型压力对淤泥固化砖性能的影响,采用固化免烧工艺制备了性能满足标准要求的疏浚淤泥固化砖,为疏浚泥的资源化利用提供指导。     

武汉四新地区利用疏浚淤泥进行场平的探讨

结合武汉新区四新地区及其周边湖泊的现状,探讨了四新地区利用周边湖泊疏浚淤泥进行场平的可行性,并提出了管内混合处理法、添加“复合型淤泥固化材料”的实施方案。     

淤泥固化技术在软土地基处理中的应用

阐述了软土路基处理的重要性,将淤泥固化技术与传统山石填筑技术做了对比,分析了固化后的淤泥土工程力学指标适用于填筑软土路基。使用固化后的淤泥土处理软土地基,对于减少山石开采,缓解环境污染具有重要意义,具有良好的经济效益和社会效益。     

黏粒含量对固化淤泥力学性质的影响

采用人工配制不同黏粒含量的淤泥研究黏粒含量对固化淤泥力学性质的影响。研究发现,淤泥中黏粒含量对固化淤泥的力学性质存在显著影响,当水泥量为5.0%时,固化淤泥强度随黏粒含量的增加呈增加趋势;当水泥量高于7.5%时,对于不同水泥量都存在一个对应的适宜黏粒含量CCop,在该黏粒含量时固化淤泥的无侧限抗压强度最大,破坏应变最小。适宜黏粒含量CCop随着水泥量增加而有所增加,但龄期对其没有影响。三轴试验结果发现,当黏粒含量为CCop时固化淤泥黏聚力c达到最大,内摩擦角?则随黏粒含量的增加呈现减小趋势。对于不同黏粒含量下固化淤泥的应力–应变关系的研究发现,当水泥量不超过5.0%时,固化淤泥都表现出理想弹塑性的特性;当水泥量大于5.0%时固化淤泥都存在破坏峰值,表现出脆性破坏模式,而且随着黏粒含量的增加破坏应变先减小后增加;当黏粒含量为CCop时,固化淤泥对应的破坏应变接近最小。因此,当黏粒含量为CCop时,固化淤泥将出现最大强度和最小变形。该研究结果对淤泥固化实际应用中的材料配制具有重要意义。     

新型复合固化剂固化淤泥效果试验研究

淤泥固化技术可以实现淤泥的资源化利用,有望解决近年来日益严重的疏浚淤泥处置问题。在传统固化剂如石灰、水泥的基础上,探索更有效、低廉的固化剂是很有必要的。本文通过室内试验,将一种新型复合固化剂和水泥、石灰的固化效果进行了对比分析,从淤泥固化土的土颗粒粒径组分及抗压强度角度比较了新型固化剂的效果,结果表明,新型固化剂的固化效果优于传统固化剂水泥和石灰。