气泡混合轻质土及其在公路工程中的应用研究进展

介绍了气泡混合轻质土的制备工艺流程,概述了国内外对其基本物理性能、力学性能以及耐久性方面的研究,分别从路基填筑加宽、软基处理、地铁隧道减荷、特殊地段路基填筑、回填灌浆及冻土地区隔热保温6个方面对其在公路工程中的关键应用技术进行了阐述;并通过与EPS块体及EPS颗粒混合轻质土的对比,分析了气泡混合轻质土在工程中的应用优势;最后从理论及施工两个方面提出了气泡混合轻质土技术存在的主要问题,展望了其发展趋势及研究方向.     

尾矿制备气泡混合轻质土的力学与抗冻性能研究

以尾矿制备气泡混合轻质土,研究了湿密度和尾矿质量掺量对轻质土力学和抗冻性能的影响,并研究了尾矿对轻质土气孔结构的影响。结果表明,气泡混合轻质土的抗压强度与湿密度成正相关,与尾矿掺量成负相关。当尾矿掺量达到45%(质量分数,下同)时,湿密度为700 kg/m³和800 kg/m³的轻质土抗压强度分别为0.97 MPa和1.40 MPa,相比未掺尾矿的轻质土强度分别下降约69%和66%。尾矿制备气泡混合轻质土具有良好的抗冻性,30次冻融循环中,湿密度为700 kg/m³尾矿掺量为0%~45%的轻质土抗压强度损失率均在15%以内,且抗压强度均大于0.80 MPa,提高湿密度等级可以进一步改善轻质土的抗冻性。尾矿的掺入会导致轻质土孔隙率和平均孔径增大,孔圆度降低,相比于未掺尾矿的轻质土,当尾矿掺量达到30%时,孔隙率增大3.58%、平均孔径增大16.7%、圆度值增加7.4%。     

泡沫轻质土疲劳性能影响因素研究

为掌握材料配比和试验条件对泡沫轻质土疲劳性能的影响,改变水固比、粉煤灰用量和水泥用量制备泡沫轻质土小梁试件进行不同试验频率和应力比条件下三点加载疲劳试验,对其疲劳寿命进行分析。结果表明:随着水固比降低和水泥用量增加,泡沫轻质土疲劳寿命逐渐增加,其中水固比越低,增加水泥用量对其疲劳寿命的提高作用越明显;水泥用量不变时,增加粉煤灰用量能提高泡沫轻质土疲劳寿命,而胶凝材料用量不变时,增加粉煤灰用量会使疲劳寿命降低;泡沫轻质土疲劳寿命随试验频率的增加而增加,随应力比的增加而降低。     

聚苯乙烯纤维轻质混合土的抗压强度特性

通过室内无侧限抗压强度实验,研究在聚苯乙烯(EPS)轻质混合土中加入改性聚丙烯纤维,对聚苯乙烯轻质混合土强度特性的改良作用.实验材料为淤泥质粉质黏土、球状EPS颗粒、普通硅酸盐水泥、改性聚丙烯纤维,总含水率为60%,水泥掺入量为15%,EPS掺入量分别为1%、2%、3%,聚丙烯纤维掺入量分别为0、0.05%、0.1%、0.2%、0.4%.结果表明:在水泥掺入量一定时,抗压强度随纤维掺入量的增加显著提高,纤维掺入量达0.4%可以明显提高轻质混合土的无侧限抗压强度;在轻质土中加入纤维,能够提高其残余强度,提高其韧性,试样变形15%后还能保持其完整性,破坏时为塑性破坏.     

泡沫轻质土的疲劳性能及工程应用研究

为研究泡沫轻质土的疲劳性能,预测泡沫轻质土路基在行车荷载作用下的疲劳寿命,在前期实验基础上,依托广佛江快速通道江门段一标段工程,采用UTM-100伺服液压多功能材料实验系统对泡沫轻质土进行四点弯曲小梁疲劳实验;基于疲劳实验结果,运用威布尔分布和对数正态分布建立S-N疲劳方程.研究结果表明:泡沫轻质土的疲劳寿命受应力比的影响较为显著,随应力比的增大呈逐渐减少趋势;尽管泡沫轻质土的疲劳寿命离散性较大,但其对数值与应力比或应力比对数值均呈现出良好的线性关系;泡沫轻质土的疲劳寿命虽然具有较大的离散性,但其对数疲劳寿命与应力比或对数应力比均呈现出良好的线性关系;验证了泡沫轻质土的疲劳寿命既服从威布尔分布又服从对数正态分布,但更宜采用威布尔分布进行分析;通过工程实例的论证,提出了泡沫轻质土路基在行车荷载作用下实际疲劳寿命的预测方法,预测结果说明泡沫轻质土用作公路路基填料具有良好的抗疲劳性能,该项研究不仅为行车荷载作用下泡沫轻质土路基疲劳性能评估提供理论依据,而且为其他类似工程应用提供技术支撑.     

钢渣混合土基层材料制备及性能研究

以钢渣、矿渣为主要原料,采用土体固化技术制备新型道路基层材料-钢渣混合土.开展24组钢渣-土-矿渣微粉配合比试验,通过7d无侧限抗压强度测试确定钢渣混合土最佳配合比:50％钢渣+50％土并掺入占钢渣重量40％的矿渣微粉,其强度值可达7.19 MPa.在此基础上,对最佳配合比的钢渣混合土进行了体积安定性试验和无侧限抗压强度影响因素试验,发现钢渣混合土在90℃高温水浴激发下,90 d整体膨胀率仅为0.25％;其无侧限抗压强度随龄期增长而增大,随含水率增加呈先增后减,随压实度增加而增大,室温养护值略低于标准养护值,具有良好的水稳定性.SEM研究表明,钢渣混合土内部结构早期为单一混合料团聚体堆叠,随着龄期增长,逐渐衍变为团聚体与C-S-H凝胶片状网格结构相结合,使得土体结构更加密实.     

磷石膏-水泥-矿粉复合材料的性能研究

磷β半水石膏中掺入不同质量分数的水泥和矿粉,组成磷石膏-水泥-矿粉复合材料,主要研究了其耐水性能和体积稳定性,并且采用X射线衍射、扫描电子显微镜等技术分析硬化体的水化产物.结果表明:当水泥和矿粉的掺量分别为5％和25％的时候,其28d的软化系数为0.85,同时体积稳定性好.水泥和矿粉水化过程中,生成的主要产物水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石(AFt)会包裹磷石膏晶体,填充在硬化体的空隙之中,并且二水石膏晶体形貌由交错排列的短粗状变为板状.     

钢渣混合土基层材料干缩及抗冻性能研究

为了解钢渣混合土基层材料在环境作用下的响应特性,分别以失水率、干缩应变、干缩系数和冻融质量损失率、冻融残留强度比为指标,开展了干缩和冻融循环试验研究。研究发现,随着钢渣占比的增加,钢渣混合土28 d干缩系数、冻融质量损失率均有所减小,冻融残留强度比先增后减,在钢渣占比50%(质量分数)时达到峰值96.1%,说明合适的钢渣占比既能抑制钢渣混合土的干缩,又赋予其较好的抗冻性能;随着水泥掺量的增加,28 d干缩系数、冻融残留强度比增加,冻融质量损失率减小,表明水泥掺量的增加不利于钢渣混合土的干缩性能但有利于其抗冻性能;土壤固化剂的掺入能改善钢渣混合土的干缩和抗冻性能。SEM分析表明,钢渣占比为50%、水泥掺量为5%配合比的钢渣混合土结构更紧密,8次冻融循环后整体性更好。通过对比不同基层材料的干缩系数和冻融残留强度比发现,钢渣混合土的干缩性能劣于水泥稳定碎石但优于水泥石灰稳定土,抗冻性达到甚至超过水泥稳定碎石。     

粉煤灰基轻质多孔陶瓷的制备及性能研究

采用XRF、XRD、SEM等测试手段,研究了山西朔州粉煤灰的物理性能、化学成份、显微结构与组成.以粉煤灰为原料,采用正交实验,研究了粉煤灰、陶瓷抛光废渣、废熔块、烧滑石等含量对轻质多孔陶瓷性能的影响.研究表明:SiC含量对粉煤灰基轻质多孔陶瓷性能影响最大,熔剂废熔块含量次之.确定了最优配方,制得密度0.51 g/cm3,导热系数0.082 W/(m·K)的轻质发泡陶瓷.     

基于均匀试验设计的自密实混凝土性能研究

提出一种新的自密实混凝土配合比设计方法,揭示配比参数对自密实混凝土性能的影响,建立因素之间的定量关系式.参照国际标准和试验方法,按均匀试验设计方法设计12组自密实混凝土试件,进行了大量工作性、抗压强度、劈拉强度及渗水压力的试验.利用均匀设计软件实现了拌合物流速、强度的回归分析.当水泥用量:粉煤灰掺量:高效减水剂掺量=1:0.74:0.0186,水胶比0.4,砂率45.4%时,配制出性能优良的C45自密实混凝土.并建立了自密实混凝土拌合物流速、强度的回归方程.均匀试验设计能充分考虑自密实混凝土对原材料的敏感性要求,利用当地粉煤灰资源,可以制备出具有性能与成本优势的自密实混凝土.     

纯丙乳液改性发泡水泥的性能研究

采用纯丙乳液对发泡水泥进行改性,对其改性后的物理性能和不燃性进行试验研究.结果表明:掺加纯丙乳液能够改善发泡水泥的物理性能,且纯丙乳液的最佳掺量为3.5％.此时发泡水泥物理性能较未添加纯丙乳液的试样,干密度减小了30.9％,抗压强度提高了109.1％,导热系数提高了44.6％,满足燃烧性能等级A1级的不燃性要求.利用扫描电子显微镜对试样进行了微观分析,探讨了纯丙乳液对发泡水泥的改性机理.     

碱矿渣泡沫混凝土的吸声性能试验研究

为了研究开发一种新型的绿色低碳吸声材料,以化学发泡法制备碱矿渣泡沫混凝土试样,通过实验分析了材料容重、碱当量和纤维掺量对碱矿渣泡沫混凝土的抗压强度、吸水率、吸声性能的影响.结果表明:随着容重的增加,材料的抗压强度提高,吸水率下降,低频吸声性能提高,而高频吸声性能下降;随着碱当量的提高,材料的抗压强度提高,吸水率先降低后提高,在50Hz到1600Hz频段内的吸声系数有一定提高;适宜掺量的纤维会提高材料的抗压强度,掺入过多对强度发展不利,同时纤维的掺入会提高材料的高频吸声性能.     

铁尾矿粉改良水泥土的强度与动力特性试验研究

为提高水泥改良土强度,验证尾矿粉能够起到对水泥土的增强效果,对已用水泥改良过的路基土,在尾矿粉掺入量不同的条件下,经改良后水泥土的强度特性,以及对被最佳掺量的尾矿粉改良后的水泥土,在围压和频率不同的条件下进行动力特性的试验研究,制备了不同尾矿粉掺量(0%、2%、4%、6%、8%、10%)的试验土样进行无侧限抗压强度试验和动三轴试验;试验结果表明:随着尾矿粉掺入量的增加,无侧限抗压强度先增大后减小,土的应力应变曲线先急剧增加达到峰值后逐渐趋于平缓.当尾矿粉掺量达到最佳时,分析不同围压和不同频率的条件下G/Gmax~γ、λ~γ变化规律.对于同一动剪应变幅,动剪模量比随围压的增加而增大.阻尼比随动剪应变幅的增大而增大,随围压的增大而减小.G/Gmax~γ、λ~γ关系受频率影响不太敏感,都集中于一狭小范围.该试验能够提高水泥土强度的尾矿粉最佳掺量为6%.     

矿渣微粉助磨剂的试验研究

本文研究了三乙醇胺、甘油、两种多元醇、甘蔗糖蜜和自配多元醇类多种组合复配助磨剂对矿渣微粉的助磨效果,结果表明:各类助磨剂以试验中的掺量与矿渣共同粉磨,对矿渣均有一定的助磨效果;单体助磨剂中,含多羟基官能团化合物的多元醇D助磨效果最佳,矿渣粉比表面积增加了58 m2/kg;复配助磨剂中,由多元醇D、多元醇E和甘蔗糖蜜复配的自配方C的助磨效果最佳,矿渣粉比表面积增加了65 m2/kg,增幅达18.05％.     

矿渣对铝酸盐水泥石性能影响的研究

铝酸盐水泥在混凝土工程中具备良好的耐高温性能,但因其在低温下具有温度敏感性,限制了其在固井工程中的应用.实验以铝酸盐水泥为主材进行矿物熟料优选复配,运用矿渣对铝酸盐水泥进行改良,并采用XRD、SEM和热分析等试验手段对作用机理进行分析.试验结果表明:矿渣可有效地改善铝酸盐水泥强度发展存在温度敏感区间的缺点,且能提高水泥石高温后的抗压强度以及长期耐温性能.低温下生成的水化钙铝黄长石(C2ASH8)可有效提高铝酸盐水泥石的强度发展,高温生成的C3AS2 H2和C3ASH4结晶度高,AlO(OH)填充在晶体的空隙当中,使得水泥水化产物结构紧密,水泥石力学性能长期稳定、耐温性能良好.     

发泡水泥的研究现状及展望

发泡水泥具有质轻抗震、保温隔热、吸音隔音、防火阻燃以及使用寿命长等优良性能,在生产中可利用工业废渣为填充材料提高能源利用,且具有较好的施工性.借助我国正大力推进的生态节能、资源利用的研究和开发,作为新型绿色建材,发泡水泥有望取代有机保温材料在建筑保温行业中大量应用.本文从发泡水泥的组成材料着手介绍了发泡水泥当前的研究进展,并指出了其在应用中存在的问题,展望了其未来的研究方向.     

水胶比矿渣粉对混凝土力学性能影响的试验及机理研究

以不同配比的水胶比和矿渣粉掺量为影响因素,配制混凝土试件进行抗压强度正交试验,深入系统的研究其对高性能混凝土力学性能的影响。在此基础上,通过电镜观测,从微观机理角度对宏观性能进行分析解释。研究表明,混凝土的抗压强度均随着水化龄期的延长而增大。水化早期,掺有矿渣粉的高性能混凝土强度都较低;水化后期,矿渣粉活性效应发挥显著。在水胶比不变时,随着矿渣粉掺量的增加混凝土的强度是在逐渐降低的。使用42．5R普通水泥,控制水胶比在0．40—0．20,掺加矿渣粉,可配制出C45～C65的高性能混凝土。微观机理研究显示矿渣粉的存在使混凝土中孔隙减少,孔径变小,结构变密实,起到了很好的填充和微集料作用。     

新型无熟料矿渣水泥的试验研究

以高炉矿渣为主要原料,添加Ca(OH)2、CaCO3、可溶性钙盐等辅助材料可在pH值较低的条件下制备出一种不需煅烧的无熟料水泥,该水泥中矿渣掺量可达80％,强度可达国标42.5级水泥要求.Ca(OH)2、CaCO3可以激发矿渣的活性,可溶性钙盐的加入降低了水泥的pH值,进一步激发了矿渣的活性.其主要水化产物为C-S-H凝胶和水化碳铝酸钙.     

阿利特高炉矿渣水泥的耐久性能研究

对矿渣掺加比例达到75%的阿利特高炉矿渣水泥耐久性进行了研究,其强度在28d至6个月期间继续增长;胶砂试体湿涨和干缩率略低于硅酸盐水泥样品数值;这种水泥有很高的抗硫酸盐侵蚀能力.