基于正交试验法固体废弃物土壤固化剂配合比研究

为了有效利用固体废弃物,将电石渣、粉煤灰与水泥复合形成固化剂,采用正交试验的方法,以元明粉激发,渣粉比（电石渣与粉煤灰比值）、水泥掺量和元明粉掺量为因素变量,运用极差分析和方差分析对固化粉砂土的无侧限抗压强度进行了试验研究。研究结果表明,各因素的影响主次顺序为水泥掺量>渣粉比>元明粉掺量;水泥掺量对无侧限抗压强度的影响最大。考虑土壤固化剂对固化土强度的提升,确定固化土强度最高的固体废弃物土壤固化剂配合比为水泥∶电石渣∶粉煤灰∶元明粉=30∶40.8∶27.2∶2。     

粉煤灰协同水泥、CaO2固化底泥及控制内源污染效果

以城市受污染河道的底泥为研究对象,首先掺入不同比例的单独固化剂(水泥)和复合固化剂(水泥+CaO₂)对其进行固定,检测固化底泥的无侧限抗压强度、静置和降雨冲刷条件下底泥氮磷的释放特征。在此基础上分别挑选两组中固化效果较优的掺量(50%水泥以及50%水泥+10%CaO₂),进一步加入不同量的粉煤灰,探究在粉煤灰协同下水泥和CaO₂固化底泥的效果。结果表明,单独水泥固化和水泥+CaO₂固化均使底泥成块且具有较强的抗压能力,并且明显降低了底泥中溶解态无机磷(DIP)向上覆水的释放,在静置和降雨冲刷条件下均有较好的固化效果。此外,水泥和CaO₂改变了底泥中磷的形态,但水泥并未促进非磷灰石无机磷(NAIP)向磷灰石无机磷(AP)的转化,而加入CaO₂后促进了NAIP向AP的转化。加入粉煤灰后进一步提高了水泥和CaO₂的固化效果,其中固化剂最优配比为水泥∶CaO₂∶粉煤灰=5∶1∶2,与对照组相比,在实验后期(13～20 d...     

电石渣固化软土的强度特性研究

本文采用电石渣、矿渣、粉煤灰为主要固化剂组分,测试电石渣单独固化土以及电石渣与矿渣、粉煤灰共同固化土的强度特性,检测电石渣固化土的效果。结果表明:采用电石渣单独固化土,固化土强度随电石渣掺量增加呈现先增大后减小的趋势,电石渣掺量为20%时,固化土强度最高。适量增加土样的含水率有利于增加电石渣固化土的强度。当电石渣掺量为15%时,土样含水率增加5%,固化土强度最佳;当电石渣掺量为20%和25%时,土样含水率增加3%,固化土强度最佳。电石渣激发矿渣和粉煤灰共同固化土效果显著,电石渣与矿渣、粉煤灰之间都存在一个最佳配合比,矿渣:电石渣=9:1,粉煤灰:电石渣=8:2是最佳配合比。     

水泥电石渣固化淤泥-铁尾矿渣的强度试验

利用疏浚淤泥和铁尾矿渣粒径的互补性,将工业废料铁尾矿渣与废弃淤泥混合后采用电石渣、水泥等固化剂进行改性处理,通过改变各材料组合配比对废弃的疏浚淤泥和尾矿渣进行固化,尝试配制一种既环保又能变废为宝的新型土工材料,实现淤泥、尾矿渣和电石渣资源化利用的目的。基于室内一系列无侧限抗压强度试验,以正交试验和单掺试验为基础,得出改性淤泥各材料之间最佳组合配比为:水泥10%、电石渣10%、尾矿渣60%;尾矿渣对于提高淤泥的强度具有显著作用。     

碱激发矿粉固化连云港软土试验研究

 为了减轻使用波特兰水泥作为软土固化剂存在的高能耗、CO2排放和不可再生资源消耗等环境问题,通过室内配合比试验初步研究碱激发矿粉对连云港软土的固化效果,并与水泥固化进行对比。结果表明：Na2CO3对矿粉固化土的激发效果非常有限;NaOH激发矿粉的效果最好,7 d,28 d,90 d无侧限抗压强度最高,但是在90 d后会发生一定的强度衰减;矿粉+电石渣固化土的7 d,28 d强度比水泥固化土低,而90 d,180 d强度比水泥固化土高。Na2CO3,NaOH和Na2SO4能够加速矿粉+电石渣固化土的强度增长速率,其中,Na2CO3的效果最弱,虽然可以在90 d内提高矿粉+电石渣固化土的强度,但180 d强度反而略低;NaOH激发的矿粉+电石渣固化土强度在7 d,28 d,90 d龄期均有较大的提高,但从90 d到180 d会发生强度衰减;Na2SO4激发矿粉+电石渣的效果最好,可以在实际工程中进行应用,不仅可以减小水泥生产过程带来的环境影响,还能提高软土固化效果,降低工程造价。     

电石渣-火山灰质胶凝材料固化盐渍土试验研究

以电石渣、粉煤灰和碱激发剂作为原材料制备一种盐渍土固化剂,采用正交试验方法研究各因素对固化盐渍土击实性能和抗压强度的影响,并探索电石渣-火山灰质胶凝体系固化盐渍土的固化机理和水化产物。结果表明:各因素对固化盐渍土抗压强度的影响顺序为:碱激发剂>胶凝材料掺量>m(电石渣)∶m(粉煤灰);固化盐渍土养护7 d抗压强度和水稳定性满足实际工程中对固化盐渍土强度的需求;在电石渣和碱激发剂双重激发下粉煤灰发生火山灰反应,反应产物以水化硅酸钙凝胶、钙矾石和二水石膏为主。当养护龄期为360 d时,试件内未发现明显的Ca(OH)2存留,说明固化土试件养护360 d时,火山灰反应基本完成。     

矿渣与水泥固化广州南沙软土试验研究

利用矿渣与水泥混合固化剂对广州南沙软土进行固化处理。通过直剪试验、无侧限抗压试验对固化土样进行了力学性能研究,得出固化土体的内摩擦角、黏聚力、无侧限抗压强度随固化剂中矿渣掺入比及龄期的变化关系。通过电子显微镜观测和X射线衍射技术研究不同配比下固化土样的矿物组成及微观结构特征。研究结果表明:固化土的内摩擦角、黏聚力和无侧限抗压强度均随矿渣占固化剂比例的增大而增大,其中黏聚力增长最明显;混合固化剂的最优配比为矿渣占固化剂比例为60%;矿渣占固化剂比例越高,固化土的后期强度增长越快。这与加固土体的微观结构和矿物组成成分中的水化产物有关。     

基于固废物的土壤固化剂加固软土应用研究

通过利用矿渣、粉煤灰、脱硫石膏等工业废料制备了一种固化效果优异、成本低的新型固化剂。研究表明：新型固化剂的水泥、矿渣、脱硫石膏、粉煤灰的最佳配比为30∶40∶16∶14;添加新型固化剂可以加速软土固化,与普通硅酸盐水泥固化剂相比,同等掺量下强度对比增长113%。此外,还可明显改善传统水泥固化土早期强度不足的问题,在相同固化剂掺量下,早期强度增长101%,可迅速满足工程需求。由此可见,该新型固化剂可以替代水泥等传统土壤固化剂,在工程应用中具有良好的前景。     

硫氧镁水泥复合固化剂加固淤泥质土的试验研究

针对淤泥质软土含水量高、强度低、有机质含量高的特点,以节能、环保的硫氧镁水泥为主固化剂,开展镁质水泥复合固化剂加固淤泥质土的室内试验研究。首先通过分析有机质、含水量及镁质水泥掺量对淤泥质土固化效果的影响,确定硫氧镁水泥固化软土试验的基准配比,再通过双掺试验确定水玻璃、熟料和硅灰作为复合固化剂的外加剂。然后,以固化土的7d无侧限抗压强度为评价指标,设计三因子五水平的中心组合试验,结合响应面法研制了最优硫氧镁水泥复合固化剂TZ18,最后通过电镜扫描技术分别对普通硅酸盐水泥固化土、硫氧镁水泥固化土以及TZ18固化土的微观结构进行对比分析,结果表明:与同一龄期下的前2种固化土相比,TZ18固化土生成的水化产物更多,颗粒间联结更强,微观结构特性更稳定。     

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。     

硫铝酸盐水泥基预拌流态固化土固化剂性能的研究

以硫铝酸盐水泥和二水石膏为原材料制备了预拌流态固化土固化剂,以强度、体积膨胀率和成本为指标进行同化剂配选。以胶土比1∶9制备固化土试样,进一步研究了硫铝酸盐水泥与二水石膏的比例对固化土抗压强度和体积稳定性的影响。结果表明,固化剂胶砂的抗压和抗折强度均随硫铝酸盐水泥掺量的增加先提高后降低再提高。硫铝酸盐水泥掺量的增加有利于固化土试样抗压强度和体积稳定性的改善。硫铝酸盐水泥与二水石膏最优配比为7∶3,采用该固化剂制备的固化土试样28 d体积收缩率为0.08%,抗压强度为1.3 MPa。     

冻融对固化钻井泥浆强度及重金属浸出量影响

在石油钻井过程中会产生大量含重金属废弃钻井泥浆,对环境污染很大,需进行无害化处理。本研究采用水泥和工业废渣固化废弃钻井泥浆,经过不同次数的冻融循环后,测试固化土强度、固化土中Pb²⁺离子和Cr⁶⁺离子的浸出量以及固化土中的孔隙变化规律,探讨工业废渣固化废弃钻井泥浆的抗冻性能。结果表明:固化土试件的强度均随着冻融循环次数的增加而下降;固化剂组分中工业废渣的掺量增加,特别是磷石膏掺量增加能够有效的减弱固化土在冻融循环作用下的强度损失。工业废渣能够有效的稳定固化土中的Pb²⁺离子和Cr⁶⁺离子,浸出量比水泥固化土降低70%~80%。对固化土孔隙的测试结果证实由工业废渣固化的固化土试件的密实度大于仅由水泥固化的试件。     

一种全固废蒸压轻质砌块的研制

利用电石渣代替石灰,采用物理发泡和蒸压养护,生产一种全固废蒸压轻质砌块,解决了电石渣用于加气混凝土生产过程中铝粉发泡效果差和产品强度过低的问题。利用自制固化剂代替普通硅酸盐水泥,实现二氧化碳减排。当m(粉煤灰)∶m(电石渣)∶m(矿渣)∶m(固化剂)∶m(脱硫石膏)∶m(发泡剂)=58.5∶20∶10∶10∶1.5∶0.1时,在"升温4 h-180℃恒温4 h-自然冷却"的养护制度下,可制得密度为617.5 kg/m~3、强度为4.84 MPa、导热系数为0.0672 W/(m·K)、干收缩率为0.487 mm/m的砌块,产品性能优于普通蒸压加气混凝土砌块。XRD分析表明,对砌块强度起关键作用的物质为CSH(I)、托贝莫来石、水石榴石。     

广州南沙地区软土采用水泥和粉煤灰固化试验研究

通过室内试验,研究广州市南沙地区软土采用水泥和粉煤灰加固力学特性。考虑水灰比、水泥粉煤灰混合固化剂掺量、粉煤灰掺量的变化对固化土无侧限抗压强度的影响,建立固化土强度-龄期一系列函数公式。研究显示:水泥起到提高固化土强度的主要作用,粉煤灰的掺量应有所限制;对于不同的混合固化剂配比,有各自的最佳水灰比。水灰比小于0.5,加大混合固化剂掺量不能显著提高固化土强度。广州南沙软土采用水泥粉煤灰搅拌桩加固,混合固化剂掺量取15%~18%,粉煤灰掺量取20%~30%,水灰比取0.53左右,比较合理。     

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。     

建筑垃圾渣土制备固化土配合比参数研究

以无机固化剂与离子类固化剂联合固化渣土,使用三角等焓图分析固化土性能与配合比参数之间的关系,结果表明,固化土无侧限抗压强度及抗冻性均随离子类固化剂掺量的增加而提高;无侧限抗压强度及抗冻性在三角等焓图上的梯度方向与水泥掺量一致,表明水泥是影响固化土强度及抗冻性的关键因素;石灰对固化土强度的影响表现为早期强度低,土体强度较高时石灰对强度的影响较小;渣土级配对固化土性能的影响存在最佳区间,建议渣土中颗粒级配为(0-5mm)∶(5～10mm)∶(10-25mm)=40％∶20％∶40％或50％∶40％∶10％.     

有机质土的固化试验

为解决传统固化剂难以有效加固含水率高、有机质含量高、孔隙比大的东南沿海地区软土的问题,以固化土7d无侧限抗压强度为评价指标,通过单掺试验和正交试验研究水泥、水玻璃、玻璃纤维、高效减水剂FDN等对有机质土的固化效果。结果表明:水泥对有机质土固化影响最为显著,水玻璃影响次之,玻璃纤维再次之,高效减水剂FDN影响最小;适用于有机质土固化剂的最优配比为水泥掺量18%,玻璃纤维掺量2%,水玻璃掺量8%,高效减水剂FDN掺量1.5%,氢氧化钠0.6%,三乙醇胺0.04%。     

交叉裂隙开度对滴状水流分流行为的影响

深入理解交叉裂隙渗流行为是预测裂隙网络渗流特性的关键。非饱和条件下交叉裂隙渗流与液体流态、交叉几何特征密切相关。针对低流量、低饱和度条件下的滴状渗流，开展了交叉裂隙液体分流模拟，发现了交叉处分流存在由液滴长度控制的主通道流动占优和支通道流动占优两种模式，并提出了关键液滴长度指标作为其临界条件。通过改变交叉裂隙主通道开度w₁和支通道开度w₂，系统探究了交叉裂隙开度对分流模式的影响规律及机制。模拟结果表明关键液滴长度受到通道毛细力和通道过流能力的联合控制；当两者对分流作用效果相反时关键液滴长度随裂隙开度w₁呈非单调变化，而当两者作用效果一致时则随裂隙开度w₁呈单调变化。此外，存在一个相对稳定的最优开度比w₂/w₁范围使关键液滴长度最大。研究成果为预测低流量、低饱和度条件下裂隙岩体渗流结构提供了理论和数据支撑。     

一种新型软土固化剂及其固化机理研究

目前常用的土壤固化剂（如水泥）加固软土时存在强度低、水稳性能差等不足,因此自制一种包含胶凝组分、碱性组分及表面活性组分的软土同化刹固化软土,并测试了固化土无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳性能,其结果均好于水泥和商品固化剂A,且通过对固化土微观结构的观察,初步探讨了其固化机理,并研究了固化剂A身强度对固化土强度的影响。     

工业废渣–水泥协同固化土抗硫酸盐侵蚀性能

利用高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、电石渣等工业废渣协同水泥固化方法,通过标准养护试样、清水及硫酸盐溶液浸泡试样的表观形貌、无侧限抗压强度、X射线衍射和扫描电镜等测试,揭示工业废渣–水泥协同固化土的力学性能、微观结构和化学反应机制。结果表明：硫酸镁对工业废渣–水泥协同固化土侵蚀效果大于硫酸钠;较纯水泥土而言,工业废渣的加入能够延缓硫酸盐侵蚀作用;经硫酸镁溶液浸泡后,固化土强度在7 d内有一定增长,之后随龄期增加而持续降低,强度保留系数高低依次为高炉矿渣>硅灰>粉煤灰>电石渣;硫酸钠环境下固化土受SO₄^2-离子侵蚀作用,硫酸镁环境下受SO₄^2-侵蚀和Mg²⁺胶结弱化双重作用,导致固化土孔隙增大,侵蚀产物生成量与工业废渣中CaO含量有关。最后,建立了硫酸盐环境下固化土微观反应机制模型,可为工业废渣–水泥协同固化土抗硫酸盐侵蚀研究提供理论依据。