活性MgO碳化固化土的干湿循环特性试验研究

碳化固化技术是一种利用二氧化碳对搅拌有活性氧化镁的土体进行碳化,以达到快速提高强度的低碳搅拌处理软土的创新技术。通过室内试验研究干湿循环对碳化固化土物理力学特性的影响,并与相同掺量下水泥固化土进行对比。结果表明:活性Mg O固化粉土碳化3 h试样的无侧限抗压强度可达5 MPa,粉质黏土碳化24 h试样可达2.6 MPa;干湿循环后碳化固化土的干密度降低,而水泥土干密度基本不变;6次干湿循环后粉土碳化试样的无侧限抗压强度仍然能达到4 MPa以上,为水泥固化粉土强度的2倍,具有较好的抗干湿循环性能;经过6次干湿循环后,粉质黏土碳化试样的残余强度仅为35%,而水泥固化粉质黏土降到65%,表明固化粉质黏土的抗干湿循环性能均较差,且粉质黏土碳化试样的抗干湿循环能力不及水泥固化粉质黏土试样。通过X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)及压汞试验(MIP)测试表明干湿循环对粉土碳化试样的累计孔隙影响不大,因此粉土试样仍然具有比较大的密实度来保证试样强度;粉质黏土碳化试样因孔隙增加明显而变得疏松,因此强度显著降低。     

二氧化碳泡沫法碳化加固软弱土的初探研究

已有研究表明,活性Mg O固化土经CO2碳化数小时可达到或超过相同掺量水泥固化土28d的强度,碳化形成的镁式碳酸化合物能有效降低天然土的含水率、孔隙率,并显著提高土体强度,但在软土中尤其是黏土中通气具有一定难度。本研究选用十二烷苯磺酸钠作为起泡剂,用CO2泡沫处理Mg O混合土,养护后进行含水率、力学特性和酸碱特性测试。结果表明,含水率随养护时间的增加而降低;无侧限抗压强度随着初始含水率增加而呈现先增大后减小;Mg O掺量越高,强度越大。CO2泡沫固化土的p H值处于10.0~10.87范围内,远低于相应水泥固化土(11.5以上),随养护时间的增加,p H值逐渐下降。但强度增长与预期强度相差甚远,需要对起泡剂和操作工艺上需进行进一步优选。     

CO_2碳化矿渣-CaO-MgO加固土效能与机理探索

CO_2碳化联合工业固废协同加固土技术是旨在替代传统水泥固化方法的新型技术尝试。以工业废料——矿渣为主要材料,辅以活性MgO和CaO形成矿渣-CaO-MgO固化体系,将固化土料均匀搅拌制样后进行CO_2碳化试验。通过无侧限抗压强度、扫描电镜和X射线衍射等试验,探究固化剂掺量、配比、碳化时间和初始含水率等因素对碳化加固土效果的影响。结果表明:CO_2碳化对土体加固具有明显改良效果,碳化24 h试样抗压强度最高可提升25.77倍;碳化试样抗压强度与固化剂掺量(6S4L0M除外)、活性MgO占比呈正相关;碳化试样强度随碳化时间先增加后趋于平缓(或略微下降)、最佳碳化时间为6 h左右,随初始含水率增加而先增加后下降、最佳含水率为16%左右;活性MgO碳化效能明显优于活性CaO,矿渣中低活性CaO并不能显著改良自身碳化性能。CO_2碳化作用促使碳酸盐晶体(CaCO_3、MgCO_3)生成,晶体发育程度与碳化时间、固化剂掺量及活性等因素有关;碳酸盐晶体有效填充试样内部孔隙并黏结土颗粒,形成整体骨架结构使试样强度得以大幅提升。     

CO_2碳化–矿渣/粉煤灰协同固化土效果与机制研究

通过选取矿渣、粉煤灰2种大宗工业废渣作为固化材料分别与土样混合,搅拌均匀制样后通入CO_2进行碳化试验,探究废渣掺量、碳化模式、碳化时间等多因素对试样碳化效果的影响。通过无侧限抗压强度、pH试验评价试样碳化前后力学性质变化规律,采用X射线衍射、压汞、扫描电镜等试验观测试样内部微观结构演化与碳化反应机制。试验结果表明:碳化3 h试样抗压强度提升5%～15%,且随废渣掺量增加先增加后趋于平缓或下降;碳化效果受碳化模式影响且最佳碳化模式为围压300 kPa、CO_2气压150 kPa;试样抗压强度随碳化时间延长先上升后下降、3～6 h处出现强度峰值。CO_2碳化诱发CaCO_3晶体生成并以文石和方解石形式存在,填充孔隙且黏结颗粒促使试样整体强度提升;适时延长碳化时间可促生更多CaCO_3晶体、降低总孔隙体积和大孔隙数量;然而,由于废渣自身低水化活性,CaCO_3晶体排列松散而未能形成相互交叉联结网状骨架,导致碳化过程对试样抗压强度提升幅度有限。研究成果可为后续工业废渣联合CO_2碳化固化土技术的效能改良提供前期基础。     

CO2碳化矿渣-CaO-MgO加固土效能与机理探索

CO₂碳化联合工业固废协同加固土技术是旨在替代传统水泥固化方法的新型技术尝试。以工业废料——矿渣为主要材料,辅以活性MgO和CaO形成矿渣-CaO-MgO固化体系,将固化土料均匀搅拌制样后进行CO₂碳化试验。通过无侧限抗压强度、扫描电镜和X射线衍射等试验,探究固化剂掺量、配比、碳化时间和初始含水率等因素对碳化加固土效果的影响。结果表明：CO₂碳化对土体加固具有明显改良效果,碳化24 h试样抗压强度最高可提升25.77倍;碳化试样抗压强度与固化剂掺量（6S4L0M除外）、活性MgO占比呈正相关;碳化试样强度随碳化时间先增加后趋于平缓（或略微下降）、最佳碳化时间为6 h左右,随初始含水率增加而先增加后下降、最佳含水率为16%左右;活性MgO碳化效能明显优于活性CaO,矿渣中低活性CaO并不能显著改良自身碳化性能。CO₂碳化作用促使碳酸盐晶体（CaCO₃、MgCO₃）生成,晶体发育程度与碳化时间、固化剂掺量及活性等因素有关;碳酸盐晶体有效填充试样内部孔隙并黏结土颗粒,形成整体骨架结构使试样强度得以大幅提升。     

活性氧化镁碳化加固粉土微观机理研究

基于活性MgO-CO2碳化固化法,开展了不同活性MgO掺量、碳化时间和初始含水率条件下的碳化粉土的无侧限抗压试验、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和压汞试验(MIP)等,以通过无侧限抗压强度、化学成分、结构形貌和微观孔隙等特征来揭示碳化固化粉土的微观机理,最后提出活性MgO碳化固化粉土微观机理模型。结果表明：活性MgO碳化固化粉土的无侧限抗压强度在12h内随MgO掺量和碳化时间增加而增加,随初始含水率增加而降低|碳化后含水率显著降低,且强度与含水率间呈很好的线性负相关关系。碳化生成的水化镁式碳酸盐,包括棱柱状水菱镁石、薄片状球菱镁石/水碳镁石和纤维碳镁石,这些碳化产物对应的XRD峰强随MgO掺量和碳化时间增加而增加,随初始含水率增加而降低|存在最优MgO掺量和初始含水率,使碳化土孔隙体积最小。碳化土无侧限抗压强度与水菱镁石晶体对应的XRD峰强呈正相关关系。水菱镁石的生成促进了强度增长,与其他碳化产物共同促进土体孔隙减小。     

水泥固化重金属铅污染土的强度特性研究

污染场地中开挖出来的污染土利用水泥固化处理（S/S法）后,其污染物质的淋滤特性和土体的强度得到改善,可用于场地的回填和堤坝的填筑等。针对该项技术,对水泥固化稳定后的重金属铅污染土的强度特性进行了研究。试验所用的铅污染土通过将硝酸铅溶液加入干土中人工制备而成,并考虑了不同铅离子含量和水泥掺量对水泥固化污染土强度特性的影响。试验结果表明：水泥固化污染土的无侧限抗压强度随着水泥掺量以及龄期的增长而提高;与常规水泥土（不含重金属污染物）强度相比,污染土中铅离子含量较低时,强度略有提高,铅离子含量较高时,强度显著降低;不同铅含量水泥土试样的应力应变关系均表现为强度越高,破坏应变越小;试样28 d龄期的变形模量与强度呈较好的线性对应关系。     

固化/稳定化和软土加固污染土的强度和浸出特性研究

研究了固化/稳定化和软土加固两种土壤搅拌技术修复英国Yorkshire郡的重金属及有机物复合污染土的强度和浸出特性。使用的固化剂为氧化镁和高炉矿渣。选取现场固化/稳定化和软土加固处理后取回实验室分别养护1.5 a和1a的试样,开展了无侧限抗压强度和浸出试验,研究了场地深度对两种技术处理复合污染土的强度和浸出特性的影响。研究结果表明,氧化镁–高炉矿渣可以显著提升污染土强度,固化土无侧限抗压强度均值均超过英国的设计值350 kPa;浸出结果表明修复后除部分样中Ni不达标,Cu和Pb的浸出浓度均达到英国饮用水标准。氧化镁和高炉矿渣联合使用可以有效固化Ni。相较于软土加固技术,固化/稳定化技术修复污染土pH值更高、Ni浸出浓度和有机物浸出浓度更低,在固化重金属和有机物复合污染土方面效果更加显著。场地深度对修复后污染土的性质影响微弱。     

菌液浓度对SHMP改性微生物碳化活性MgO法固化黏土强度与微观结构影响

每年清淤疏浚过程都不可避免地会产生大量软弱土,亟须探寻环保有效的固化方法来对这些软土进行固化处理。微生物碳化活性MgO技术在土体改性中有着较好的应用前景与可持续性,将六偏磷酸钠(SHMP)、活性MgO以及巴氏芽孢杆菌诱导尿素水解过程引入到软土固化中,制备了不同稀释程度菌液的高初始含水率三轴试样,开展了无侧限抗压强度实验与扫描电镜实验,探讨了不同稀释程度菌液对固化试样的强度及微观胶结结构的影响。研究结果表明：泥浆状态的试样强度在养护1 d后即可显著提高,最高可超1 MPa;菌液浓度的下降使得试样的强度逐渐下降、胶结结构更加稀疏、颗粒间更加松散;当菌液稀释3倍后固化试样的强度接近无菌组试样的强度,表明菌液可作适当稀释使用,但稀释倍数不宜超过2倍。     

氧化镁-微生物与微生物诱导碳酸盐沉淀固化尾矿砂效果的试验研究

将氧化镁与微生物结合运用到尾矿砂固化中,并与微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)相对比,通过无侧限抗压强度和扫描电镜试验,探究尾矿砂初始含水率(范围在16%～25%)和氧化镁掺量(范围在6%～15%)以及MICP中尾矿砂初始含水率(范围在16%～25%)对固化效果的影响。结果发现,在氧化镁-微生物固化尾矿砂中,初始含水率越高,试样无侧限抗压强度越低;氧化镁掺量越多,强度越高;在MICP过程中,随着初始含水率的增加,试样强度先降低后增高,最低点的初始含水率为19%。     

有机物污染场地浅层异位固化稳定化试验研究

以某化工企业有机物污染浅层土为对象,应用4种固化药剂进行固化稳定化修复对比研究。通过现场异位固化稳定化结合室内无侧限抗压强度、毒性浸出等试验,讨论了固化剂组份、龄期对其物理力学性质和浸出特性影响,并对比分析了其固化稳定化效果及机理。结果表明:随着养护时间增长,修复土p H值、毒性浸出溶液的有机物浓度降低,其中pH值由0 d的12.76~13.11降至28 d时的12.11~12.69,而有机物浸出浓度14d降幅在65%~100%间;干密度及无侧限抗压强度qu则稳步提高,其中干密度28 d增幅达14.4%~23.2%,而强度最大增加到122 k Pa。固化剂3和4修复污染土干密度较大,28 d密度超过1.37 g/cm~3,密实作用明显;添加固化剂会立即显著增大污染土pH值,其中固化剂4(电石渣+凹凸棒土)各龄期pH值明显大于其他剂型;各固化剂对不同有机污染物的稳定效果有所差别,但均能有效固化稳定化苯胺、2-氯酚、萘、苯、甲苯、邻-二甲苯;就污染物总体固化稳定化效果而言,含活性炭组分的固化剂1效果最为突出,其总稳定率接近100%;含水泥组分的固化剂2,3对土体的增强作用较好,其28 d强度可达109 k Pa以上。相较其他药剂,固化剂4在成本、能耗及污染物排放方面表现最优,且能较好满足场地修复对有机物稳定率及强度的要求,综合效果最佳,为优选的最佳剂型。     

活性MgO碳化固化土的渗透特性研究

碳化固化法是一种低碳搅拌处理软土的创新技术,碳化反应生成的产物能有效降低固化土的孔隙率。在已有研究的基础上,着重研究碳化土的渗透特性,以利于其工程应用。采用室内渗透试验,系统研究了活性MgO掺量、碳化时间、初始含水率和CO_2通气压力对MgO碳化粉土和碳化粉质黏土渗透系数的影响规律,并与相同固化剂掺量、相同初始含水率下水泥固化土的渗透系数进行了对比。结果表明:活性MgO碳化土的渗透系数随MgO掺量的增加而降低,与相同掺量下水泥固化土的渗透系数处于同一数量级;MgO碳化粉土的渗透系数明显大于碳化粉质黏土的渗透系数;当MgO碳化粉土和粉质黏土碳化6.0 h时,相应的渗透系数达到最小(10-6);通气压力对MgO碳化土的渗透系数影响不大,在通气压力为200 k Pa时渗透系数较小。因此,活性MgO碳化土具有与水泥固化土相近的抗渗性能,有良好的推广应用前景。     

碱性氧化剂对水泥固化淤泥强度的影响研究

为消除淤泥中有机质对水泥固化淤泥的不利影响,提出了氧化降解有机质、减薄双电层厚度、维持pH值稳定等对策来提高水泥固化淤泥的强度。采用高铁酸钾和碳酸氢钠作为碱性氧化剂,配合水泥对淤泥进行固化处理。通过无侧限抗压强度试验,初步了解碱性氧化剂对水泥固化淤泥强度的影响规律,并利用有机元素试验、动电电位试验、比表面积试验和SEM等手段,进一步探究碱性氧化剂的固化机理。研究结果表明:掺碱性氧化剂的水泥固化淤泥7d无侧限抗压强度达到了1.536 MPa。碳酸氢钠通过中和有机酸,维持水泥固化淤泥为p H=9～10的碱性环境;该条件下,高铁酸钾能高效降解有机质,除去黏土颗粒表面聚合态的有机质胶膜,有利于SiO_2与Al_2O_3游离于孔隙溶液中,促进水泥水化产物的生成。同时,孔隙溶液中游离的高价阳离子与黏土颗粒表面低价阳离子交换吸附,减薄双电层厚度,引起土颗粒的絮凝团聚。     

活化钢渣在固化稳定化工业重金属污染土中的应用

针对钢渣基可持续型固化剂在工业重金属污染土固化稳定化的应用效果进行了试验研究,以重金属固定效率为评价标准,得到了磷酸盐活化钢渣的工艺参数。结果表明,磷酸二氢钾活化可以明显改善钢渣对重金属铅锌镉的固定效果。磷酸二氢钾和钢渣质量比为2%~4%时,通过湿法拌合、20℃风干制得的活化钢渣对重金属铅锌镉的固定效果最佳。并进一步以非活化钢渣作为对比,分析了活化钢渣固化铅锌镉污染土的环境安全及强度特性。结果表明,活化钢渣添加可以显著降低重金属铅锌镉的浸出浓度,提高污染土的pH值。活化钢渣的添加可以提高污染土的无侧限抗压强度,并随着固化剂的掺量的增加而增长;与未活化钢渣相比,钢渣的活化过程会削弱固化土的强度增加,而且固化剂掺加量越大削弱程度越大。     

SPB和SPC固化稳定化镍锌污染土的强度及环境特性研究

以某汽配厂搬迁遗留电镀车间的镍(Ni)、锌(Zn)复合污染土为研究对象,研究2种新型固化剂SPB和SPC固化稳定化污染土的强度及环境安全特性。通过室内试验研究2种固化剂修复污染土的无侧限抗压强度(qu)、干密度(rd)、酸碱度(pH)、酸缓冲能力(ANC)及重金属浸出毒性、重金属形态分布等参数随固化剂掺量和养护龄期的变化规律。室内试验结果表明,污染土经固化剂SPB和SPC处理后q_u和rd显著提高,相同固化剂掺量、反应稳定(28 d)后,SPC固化土qu略高于SPB固化土,2种固化土rd基本相同;固化剂SPB和SPC使活性形态重金属转化为较稳定形态,重金属浸出浓度显著降低,但2种固化剂对重金属的固化稳定化效果存在差异,固化剂SPC固化稳定化Ni的效果优于固化剂SPB,而固化剂SPB固化稳定化Zn的效果更优;固化土pH显著提高,其中固化剂掺量10%、反应稳定后,SPB和SPC固化土pH分别为9.51和9.07;SPB和SPC固化土ANC均显著提高。另外,小试试验结果表明,SPC固化土pH低于PC固化土;固化剂SPC在短期养护(7 d)的固化效果优于PC。研究结果可以为固化剂SPB和SPC在实际工程的现场应用提供参考和建议。     

Lime-cement stabilisation of Trondheim clays and its impact on carbon dioxide emissions

Dry deep mixing is used throughout Norway to improve soft and sensitive clays. Traditionally, binders such as lime and cement have been used in combination with relatively high binder contents. The production of lime and cement causes large emissions of carbon dioxide, and it is therefore desirable to reduce the binder contents in engineering practice. This paper presents results from a comprehensive study of various lime-based binders, with the aim to improve the understanding of the engineering properties of such stabilised clays when using reduced binder contents. Results from analyses on pH, plasticity and mineralogy are presented, and it is concluded that fine-grained quartz particles exhibit relatively high pozzolanic properties giving a considerable strength development over time, also with low binder contents. A novel correction of the binder content has been used, based on the active CaO of the binders. This correction gives remarkably consistent results between the water-binder ratio and the strength development. These results have also enabled estimations of carbon dioxide emissions as a function of binder type and strength development. It is concluded that the type of lime-based binder has little influence on the carbon dioxide emissions per unit strength for binder contents higher than 30–40 kg/m³. For lower binder contents, there is a tendency that binders with low active CaO-content give lower carbon dioxide emissions per unit strength, however, these low binder contents are difficult to obtain in field applications.     

地聚合物对水泥固化土强度的影响及其机理分析

采用无侧限抗压强度、电镜扫描(SEM)和压汞(MIP)等试验方法,分析研究了地聚合物—偏高岭土(metakaolin)对水泥土的力学强度的影响规律,探讨了其改善水泥土强度的机理,并根据现场测试验证了实用性和经济性。试验结果表明:地聚合物掺入水泥土后,水泥土的无侧限抗压强度得到了大幅度的提高,然而强度与地聚合物掺量之间并非单一线性增加关系,而是由活性区域和惰性区域组成,转折点对应的MK掺量为3%;微观试验结果表明地聚合物掺入能产生更多的胶结物,使水泥土结构更加致密;基于试验数据给出了地聚合物掺量与水泥土强度增长的评价公式。现场测试结果和工程造价分析均表明了地聚合物具有较大的工程实用性。     

纳米SiO2和粉煤灰复掺对再生混凝土性能的影响

使用质量取代法研究粉煤灰和纳米SiO₂单掺及复掺对再生混凝土(RAC)工作性能、抗压强度(7,28,90 d)、抗折强度(28 d)和劈裂抗拉强度(28 d)的影响。浇筑试样时,基于现有的搅拌方式,提出了新的两阶段搅拌法,先将再生粗骨料和纳米SiO₂、附加水进行搅拌,使得部分纳米SiO₂颗粒能够被再生粗骨料吸收,用于填补老砂浆孔隙和微裂缝。结果表明:随着纳米SiO₂掺量增加,再生混凝土的坍落度逐渐减小,复掺粉煤灰能够减少纳米SiO₂引起的坍落度损失; 粉煤灰掺量不变的情况下,再生混凝土抗压、抗折和劈裂抗拉强度随着纳米SiO₂掺量的增加而增加; 复掺纳米SiO₂和粉煤灰不但能够补偿再生混凝土由粉煤灰引起的早期强度降低,而且90 d龄期抗压强度明显高于2种材料单掺的再生混凝土; 纳米SiO₂掺量(质量分数)为1%时,再生混凝土在90 d龄期的抗压强度相对再生混凝土提高了3.0 MPa; 复掺纳米SiO₂和粉煤灰对再生混凝土的抗折强度、劈裂抗拉强度也有显著提升,S2F30的抗折强度相对于F30增加了24.17%,且劈裂抗拉强度高于2种材料单掺的再生混凝土,相对于F30提高了12.68%。