膨胀土生态改性剂在工程中的应用

本文简要阐述膨胀土的性质与危害工程的主要原因,分析传统治理膨胀土方法,介绍膨胀土生态改性剂 的改性原理与施工技术,展望其应用前景。     

膨胀土改性试验研究

膨胀土是一种特殊的粘性土,具有遇水膨胀、软化,失水收缩、硬化等工程特征,掺入水泥或石灰后其工程特性会发生改良。选取南阳中等膨胀土,进行水泥与石灰改性研究。通过改性土的基本物理力学性质试验,对比研究了水泥与石灰改性的效果,为膨胀土渠道、边坡等设计施工处理提供科学和有价值的依据。     

改良膨胀土在公路路基的应用

简述了膨胀土的分布情况及主要工程特性,分析了膨胀土路基病害,开展了膨胀土的石灰改性试验,试验表明:经石灰改性后,膨胀土胀缩性大幅降低,可满足路用要求。     

引江济淮工程膨胀土水泥改性剂量研究

膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性,掺加一定量水泥对其进行改性是处理膨胀土的主要方法之一。选取引江济淮工程弱膨胀土,通过对素膨胀土和改性土的自由膨胀率、界限含水率及无侧限抗压强度的试验分析,揭示了水泥掺量和养护日期对引江济淮工程弱膨胀土的物理力学性质的影响。试验结果表明:(1)随掺灰率的增加,改性膨胀土的自由膨胀率、液限、塑性指数均降低,无侧限抗压强度增加;(2)随养护日期的增加,自由膨胀率、液限、塑性指数减小,无侧限抗压强度增大;(3)基于本研究试验结果,同时综合考虑工程实际,建议引江济淮工程弱膨胀土水泥改性剂量为4%。     

HTAB改良膨胀土性能试验研究

针对膨胀土的不利工程特性,结合膨胀土地区路基边坡防护工程,采用HTAB进行膨胀土化学改良试验,研究改良土的液塑限、膨胀性、力学强度、水稳定性。结果表明,HTAB改良膨胀土的液限减小、塑限增加、塑性指数明显降低,自由膨胀率、膨胀力较素土有较大降低,膨胀速率减小,土体力学强度指标、地基承载力明显提高,水稳定性显著改善。在膨胀土地区路基边坡防护工程中,采用HTAB改良膨胀土工程性质,是较经济且施工简单的改良方法,对膨胀土地区路基边坡防护有推广应用价值。     

溴烷铵改良膨胀土性能试验研究

针对膨胀土不利的工程特性,结合膨胀土地区路基边坡防护工程,采用溴烷铵进行膨胀土化学改良试验.试验研究改良土的液塑限、膨胀性、力学强度、水稳定性.结果表明,溴烷铵改良膨胀土的液限减小、塑限增加、塑性指数明显降低,自由膨胀率、膨胀力较素土有较大降低,膨胀速率减小,土体力学强度指标、地基承载力有明显提高,水稳定性显著改善.膨胀土地区路基边坡防护工程中,采用溴烷铵改良膨胀土工程性质,是较经济且施工简单的改良方法.     

CMA改性膨胀土室内试验研究

介绍CMA膨胀土生态改性剂的改性原理,室内改性试验对比研究分析结果表明经CMA改性后的土为非膨胀土,改性后的土体强度高、水稳性好,适用于驻马店至信阳地区的膨胀土改性处理。     

安阳地区膨胀土改性及动力特性试验研究

对安阳地区膨胀土进行了改性试验和动力特性试验研究,改性剂采用石灰按不同的比例进行试验。通过不同石灰掺量下改性土的常规试验、强度试验和动力三轴试验研究。得出改性后的土样其工程特性和力学强度指标都有了较大幅度的提高。结合具体施工条件,石灰掺量可取6%~7%,最佳含水量取15%~18%,最大干容重取18.2kN/m3,压实度大于95%可满足工程要求。     

基于核磁共振和扫描电镜的蒙内铁路膨胀土改良细观结构研究

孔隙结构及分布特征对膨胀土的物理力学性质有重要影响。通过核磁共振技术,对石灰–火山灰改良处理前后的膨胀土孔隙特征进行分析,获得膨胀土孔隙变化及分布规律。通过SEM对细观结构生成高分辨率图像,分析改性前后膨胀土内部颗粒胶结方式变化。试验结果表明:改良后直径在0~0.1μm范围内的孔隙个数明显减少,直径在0.1~4μm范围内的孔隙个数有所增加,直径超过4μm的孔隙个数整体上呈减小趋势。膨胀土进行改性处理后,形成具有蜂窝状、骨架状、海绵状的混合结构,提高了土颗粒的胶结紧密程度,降低了孔隙的连通性,有效抑制了膨胀土的胀缩特性。     

氯化钙溶液浸泡下压实水泥改性膨胀土的膨胀特性

压实膨胀土可用于防止垃圾填埋场中的固体废弃物产生二次污染,这主要取决于压实膨胀土的抗渗特性。向膨胀土中掺加水泥进行改性后,不仅可以增强膨胀土的水稳定性,还能提高膨胀土的抗渗特性,且抗渗特性随着时间的增长而逐渐增强。因此,在制备衬砌方面,水泥改性膨胀土比膨胀土具有更大的优势。为研究水泥改性膨胀土衬砌在化学溶液下的膨胀特性,选取氯化钙溶液为渗透液体,以氯化钙溶液浓度和水泥掺量为控制变量,进行水泥改性膨胀土的自由膨胀率试验及压实膨胀试验。试验结果表明,向处在氯化钙溶液环境下的压实膨胀土中掺加一定量的水泥,可以有效地减小膨胀土的膨胀性、缩短膨胀达到稳定的时间以及增强膨胀土的稳定性。就减小膨胀土的膨胀性和增强膨胀土的稳定性来看,水泥的最佳掺量比应控制在15%左右。就缩短膨胀土达到稳定的时间来看,水泥的最佳掺量比应控制在10%左右。     

砂石粒径对改良膨胀土的影响研究

为研究砂石改良膨胀土工程特性随砂石粒径的变化规律,通过直剪试验、收缩试验、膨胀力试验、无荷膨胀率试验,分析了膨胀土抗剪强度、胀缩特性与砂石掺量、砂石粒径的关系。试验结果表明:随着砂石掺量增加,膨胀土的抗剪强度有所提高,内摩擦角增大,黏聚力先增大后减小,膨胀土的胀缩特性逐渐改善,相同掺量下,掺砂石的粒径越大,膨胀土的黏聚力和内摩擦角越大,胀缩特性改善效果越明显,掺入砂石粒径越大,胀缩特性得到改善并趋于稳定的砂石掺量越小,最优砂石掺量逐渐减小。建议不同粒径砂石改良膨胀土的最优掺量分别为:风化细砂40%,风化中砂30%,碎石25%。掺大粒径的砂石改良膨胀土更加经济有效。     

离子土固化剂改良膨胀土的机理研究

以河南安阳典型弱膨胀土为研究对象,分别对素土及离子土固化剂（Ionic Soil Stabilizer,简称ISS）改良土进行一系列的理化试验研究,通过标准吸湿含水率试验分析土体吸湿持水能力的变化;通过X射线衍射、傅立叶红外光谱测试、阳离子交换量及可交换阳离子成分测定、Zeta电位、比表面积,扫描电镜试验分析土体矿物组分、晶体结构、电化学性质及表面属性等反映土体胀缩本质因素的变化规律。试验结果表明：膨胀土经离子土固化剂处理后,吸湿持水能力下降,膨胀能力变弱,土样矿物成分未发生明显变化,但蒙脱石类矿物d₀₀₁晶层间距变小,层间水合度降低;通过离子交换,ISS置换出膨胀土体颗粒表面亲水性阳离子,促使土体阳离子交换量减小,可交换阳离子主要成分为Ca²⁺;改良土体ξ电位降低,土颗粒间连接力增强,比表面积减少。ISS改良机理可解释为通过离子交换,吸附,包裹等一系列复杂的表面物化反应,降低黏土矿物晶层间“水敏性”,改变土颗粒表面的双电层结构,促使结合水膜厚度减薄,从而降低了土体的膨胀性,水稳定性。     

干湿循环对粉砂土改良膨胀土裂隙及强度影响

为探究黄泛区粉砂土改良膨胀土路基在干湿循环作用下裂隙发育与强度的影响规律,设计并开展了室内干湿循环试验,分别进行了11%、13%、15%、17%四种不同含水率下改良膨胀土经历不同干湿循环次数的直剪试验,然后采用MATLAB开发的图像处理技术对干湿循环作用后的土样裂隙进行定量分析,探讨改良膨胀土的裂隙率和抗剪强度的关系。结果表明:随着含水率的增大,改良膨胀土的裂隙率、黏聚力和内摩擦角逐渐减小; 当含水率一定时,裂隙的发展随干湿循环次数的增加而增大,改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角随着裂隙率的增大而减小; 当含水率为11%时,前两次干湿循环作用导致改良膨胀土的裂隙快速发展,裂隙率曲线较陡,黏聚力下降较快,但是内摩擦角变化不大,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的判定系数达到0.95; 当含水率为17%时,前4次干湿循环作用下改良膨胀土的裂隙虽然发育迟缓但裂隙率增长较快,4次干湿循环之后裂隙率的增长变得不明显,裂隙率曲线较平缓,黏聚力和内摩擦角下降较少,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的相关系数仅为0.70。     

铁尾矿砂改良膨胀土基本工程性质试验研究

研究利用工业废料铁尾矿砂作为添加剂改良膨胀土的可行性与改良效果。通过室内试验,对尾矿砂改良土的基本物理性质指标、膨胀性指标、强度指标以及微观结构进行了研究。试验结果表明,随着掺砂率的增大,试验土样的界限含水率及塑性指数都减小;自由膨胀率、有荷膨胀率和膨胀力等膨胀特性指标随掺砂率的增大均降低。无侧限抗压强度和黏聚力随着掺砂率的增加先增大后减小,在掺砂率为30%时达到最大;内摩擦角随着掺砂率增大而增大。通过观察SEM试验结果,发现在掺砂率为30%时,改良土结构处于最稳定状态,说明掺铁尾矿砂改良膨胀土具有显著效果,为膨胀土改良提供了一种新方法。综合考虑各项指标,认为铁尾矿砂改良膨胀土的最佳掺入比应为30%。     

粉砂土掺量对膨胀土膨胀与力学特性的影响

以河南省新乡地区某处膨胀土为研究对象,利用当地广泛分布的粉砂土对其进行改良,通过室内实验,研究不同粉砂土掺量对改良土膨胀特性及力学特性的影响.实验结果表明:随着粉砂土掺量的增加,无荷载和有荷载膨胀率在粉砂土掺量小于30％时快速下降,大于30％时缓慢下降;膨胀力随粉砂土掺量增加呈先缓慢下降后加速下降再缓慢下降的趋势;改良...     

膨胀土石灰改良室内试验研究

通过对采取的代表性弱膨胀土和中等膨胀土试样进行石灰改良前后的室内试验研究,得到膨胀土改良前后的土性变化规律,试验研究结果表明膨胀土填料经石灰改良后,其粘粉粒含量减小、塑性指数降低、胀缩性降低、力学强度提高、压缩性减小、水理性增强,填料的工程性质大大改善,可用于高速铁路路基填筑.     

膨胀土的化学改良试验研究

通过对广西南宁南友路地段膨胀土进行了化学改良试验，选用多种化学药品对膨胀土进行化学改良试验，研究了改性材料的选择及掺入的最佳百分比，其结果对类似工程有指导意义。     

Strength and compressibility behaviors of expansive soil treated with coffee husk ash

Various factors can affect the durability of roads, such as the strength of sub-grade, the quality of the sub-base and base course, the environments and properties of the soil used. Particularly, roads built on expansive soil are susceptible to early damage due to the swelling and shrinkage characteristics of this kind of soil under changing moisture conditions. The most common technique used to improve the properties of problematic soil is stabilization with additives. Using waste materials to improve the properties of expansive soil is a recent trend in soil stabilization. This study deals with the treatment of expansive soil with coffee husk ash (CHA). Coffee husk is a by-product of coffee production, and CHA is the resulting ash after burning it. In this study, the bearing capacity and compressibility characteristics of expansive soil (specifically black cotton (BC) soil) stabilized with varying percentages of CHA (5%, 10%, 15%, and 20%) are investigated. Then, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) were used to analyze the influence of CHA on surface morphology and chemical composition of the studied soil. The results showed that the soil treated with CHA is generally improved in terms of strength. Addition of 20% CHA increases the bearing capacity of the soil by three-fold. In addition, the morphological studies of the soil samples treated with 10% and 15% CHA indicated the formation of hydrated particles and cementitious compounds as a result of the reaction between the soil and CHA. This indicates the potential usage of CHA as a stabilization agent and subsequently, it can address the disposal and environmental concerns related to coffee husk.