Performances of SDCM and DCM walls under deep excavation in soft clay: Field tests and 3D simulations

This study presents the results of full-scale tests and three-dimensional finite element analyses of deep cement mixing (DCM) and stiffened deep cement mixing (SDCM) columns under lateral loads and DCM and SDCM walls under deep excavation in soft clay. The DCM walls used in this study comprised one, two and three rows of DCM columns, whereas the SDCM walls consisted of only one row of DCM columns with steel H-beams inserted in either all DCM columns or in alternating DCM columns. The measured and simulated results are presented in terms of profiles of lateral displacement, settlement and bending moment.     

市政污泥与水泥生料混合热重及动力学分析

为研究水泥窑协同处置市政污泥的燃烧动力学特性,采用热重分析方法分别对市政污泥、煤和水泥生料及三者混合样品进行热动力学分析,求解了反应活化能和机理函数。结果表明:市政污泥燃烧有4个阶段,有机物分解和部分挥发分析出阶段活化能为69.87 kJ/mol、机理函数为(-ln(1-α))~4,剩余挥发分析出和固定碳燃尽阶段活化能为78.94 kJ/mol、机理函数为(-ln(1-α))~3;煤和水泥生料热重分析过程分为煤燃烧和生料分解2个阶段,反应活化能分别为43.58、118.21 kJ/mol,机理函数分别为(1-α)~(-1)-1、((1+α)~(1/3)-1)~2;市政污泥替代20%煤后,第1阶段活化能基本不变,机理函数由(1-α)~(-1)-1变为(1-2α/3)-(1-α)~(2/3),反应机理由"化学反应"变为"圆柱对称型三维扩散",第2阶段活化能降低,机理函数表达式由((1+α)~(1/3)-1)~2变为((1+α)~(-1/3)-1)~2,反应机理不变。     

木质纤维与水泥共同改良软土的力学性能与微观机制分析

通过压实试验、无侧限抗压强度试验和劈裂试验,分析不同木质纤维含量、水泥含量和固化时间对软土力学性能的影响规律,探讨木质纤维、水泥改良软土的微观机制。结果表明,木质纤维的加入对水泥改良软土的击实特性有显著的影响;木质纤维与水泥可有效改善土体的抗压和劈裂抗拉强度,随着木质纤维含量的增加,改良土的抗压和劈裂抗拉强度呈现出明显的“驼峰”现象,并在木质纤维含量为0.25%时最大;木质纤维与水化产物、软土颗粒形成互锁效应,增大了改良土的摩擦力,同时木质纤维还承担一定的拉伸强度,使改良土的劈裂强度增加。     

微裂隙中水泥浆液渗滤效应的可视化试验研究

在微裂隙岩体注浆过程中,水泥浆液的渗滤效应对注浆效果的影响显著。自主研制了一套微裂隙注浆可视化试验系统,该系统由注浆系统、微裂隙模型以及监测系统3个部分组成,监测系统又分为显微监测系统和压力流量监测系统。当水泥浆液进入微裂隙模型后,利用显微监测系统对裂隙入口处的渗滤效应进行实时观测。利用压力流量监测系统对注浆试验过程中的注浆压力以及累计流量进行自动记录。运用自主设计的微裂隙注浆可视化试验系统,对微裂隙中的水泥浆液渗滤过程进行试验研究。采用3种水泥浆材(超细水泥Ⅰ、超细水泥Ⅱ和普通水泥),研究在注浆压力2.0 MPa、水灰比1.0的条件下,不同水泥颗粒粒径大小在不同裂隙开度下的浆液渗滤效应。通过试验发现,当裂隙开度较小时,在裂隙入口处形成了完整的半圆拱形滤饼;随着裂隙开度的增加,在裂隙入口处形成断续分布状滤饼;当裂隙开度增加到无渗滤发生时,裂隙入口处仅残留少量水泥颗粒附着物。通过试验获得了3种水泥的最小可注入裂隙开度大小b min和最小无渗滤裂隙开度大小b crit:超细水泥Ⅰ的b min和b crit分别为80和280μm;超细水泥Ⅱ的b min和b crit分别为100和300μm;普通水泥的b min和b crit分别为140和310μm。研究结果发现水泥粒径的减小对最小可注入裂隙开度大小的影响较大,但对最小无渗滤裂隙开度大小的影响较小。结合渗滤趋势k值,发现随着水泥粒径的减小,相应的k min和k crit值会随之增加,水泥浆液更容易在裂隙入口处发生渗滤,这是因为超细水泥比表面积更大,水泥颗粒间易发生团聚。     

Effect of nanosilica addition on bioactivity and in vivo properties of calcium aluminate cement

This study aims at assessing the influence of nanosilica on the bioactivity and mechanical properties of calcium aluminate cement. For this purpose, nanosilica was applied as a replacement for calcium aluminate cement at 0, 2, 5 and 8 wt%. The main components were analyzed by scanning electron microscope coupled with surface imaging and elemental analysis, fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction analysis. To estimate the bioactivity of specimens, hydroxyapatite formation on the surface of cement paste was investigated in the simulated body fluid solution. In addition, in vivo evaluation of calcium aluminate cement was performed in subcutaneous tissue of rats. To investigate the mechanical properties, both compressive and flexural strengths were also measured. The results revealed that by increasing nanosilica up to 8 wt%, the strength enhanced. Moreover all cement paste samples with various amounts of nanosilica represented good bioactivity because of formation of bonelike apatite layer on the surface of specimens within 28 days after soaking in simulated body fluid. In vivo experiments indicated that the cement sample was absorbed by the tissue and there was no infection at the implant site. Based on the in vitro and in vivo results, the specimen with 2 wt% nanosilica represented the highest bioactivity.     

改进BP神经网络的再生粗骨料混凝土强度预测*

抗压强度作为评价再生混凝土主要性能指标之一,从四篇文献中搜集了43个抗压强度样本。基于改进的BP神经网络理论,建立了以再生粗骨料取代率、水灰比、龄期为输入,抗压强度为输出的神经网络模型,其结构形式为3-7-9-1。对该网络进行训练和学习,对并测试样本进行检测,结果表明,训练效率不仅大大提高,且而误差较小,并结合回归拟合系数,进一步表明该模型能够有效的的预测再生混凝土抗压强度值,能满足工程需要。     

锂电池回收再生石墨增强水泥性能研究

废弃锂离子电池的负极活性材料主要为石墨,现阶段对于废弃锂离子电池中的石墨主要采用填埋等方法进行处理,造成了资源的浪费和环境的污染。现有的研究表明,废弃锂离子电池中的石墨经高温热解及酸浸处理后可以得到纯净的再生石墨,采用再生石墨增强水泥基复合材料的力学性能和电学性能。结果表明：再生石墨的引入可以增强材料的抗压性能和抗折性能,最大增幅分别达到了57.3%和84.4%。此外,再生石墨的加入有效降低了材料的电阻率,减少了极化时间,当再生石墨的掺加量为3%时,养护28 d后材料的电阻率仅为249 Ω·cm。该复合材料还具有典型的压敏特性。所制备的复合材料有望用于混凝土材料结构的实时动态监测。此外,对于废弃锂离子电池的全组分回收利用及功能水泥材料的研发具有重要意义。     

分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10^-6和12.96×10^-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。     

马来酸三乙醇胺酯对水泥水化的影响

为克服三乙醇胺早强剂对水泥抗折强度和后期强度的影响,合成了马来酸三乙醇胺酯,并通过背散射电子成像(BSE)和BET分析,研究了马来酸三乙醇胺酯对水泥水化程度、C-S-H含量和水泥水化28 d分形维数的影响。结果表明:马来酸三乙醇胺酯可促进水泥水化尤其是水泥中硅酸盐相的水化;复掺马来酸三乙醇胺酯和聚羧酸减水剂,可显著提高水泥水化产物中C-S-H的含量;三乙醇胺降低了水泥石28 d的分形维数,马来酸三乙醇胺酯单掺及与聚羧酸减水剂复掺则使水泥石28 d的分形维数提高。由此可见,马来酸三乙醇胺酯作为增强型水泥早强剂具有广阔的应用前景。