固化剂固化疏浚土的渗透性与微观机理研究

用水泥和石灰等胶结剂及激发剂构成的固化剂对上海市横沙岛东滩的疏浚土进行改良,在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用自配固化剂对岛区疏浚土进行了渗透试验。分析了固化疏浚土的渗透系数与固化剂掺量、养护龄期之间的关系, 得到了疏浚土渗透系数在不同固化剂掺入比和龄期下的变化规律。结果表明:固化疏浚土的渗透系数随固化剂掺量和龄期的增加而明显变小,但在同一龄期下,当固化剂掺量继续增加时,其渗透系数变化不大。并利用电镜扫描(SEM)对不同固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测,获得了疏浚土固化前后的微观结构SEM图,结合SEM图对疏浚土固化前后的微观结构变化做了定性的对比和分析,从固化疏浚土微观结构中发现固化疏浚土中含有水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙晶体、无定形文石、钙矾石等能够填充孔隙的胶结物,并从微观上解释了固化剂固化疏浚土的固化机理。     

疏浚淤泥与焚烧底灰混合固化方法的试验研究

针对疏浚泥黏粒含量多、含水率高、强度低等特性,利用生活垃圾焚烧底灰的骨架作用、吸水性能及火山灰活性将其掺加到疏浚淤泥中,以水泥为固化剂,开展固化试验研究。首先对焚烧底灰和疏浚淤泥的理化特性进行了测试和研究,分析了焚烧底灰掺量对疏浚淤泥颗粒级配的改善效果及减水效果。通过不同焚烧底灰掺量的混合料的击实试验及直剪实验,确定了焚烧底灰与疏浚淤泥的最佳配合比为3∶7,此时混合料击实密度最大,减容效果最好。对不同初始含水率的疏浚淤泥采用不同掺量的水泥开展固化配方试验,测试了7~28 d龄期的固化淤泥的抗压强度。测试结果表明:对于初始含水率50%~70%的疏浚淤泥,4%水泥掺量及30%焚烧底灰掺量的固化淤泥抗压强度大于无侧限抗压强度,满足填土材料的强度要求。以水泥为固化剂的焚烧底灰和疏浚泥混合固化技术具有较好的技术和经济可行性,有望应用于工程实践。     

生活垃圾焚烧底灰在疏浚淤泥固化中的应用

针对生活垃圾焚烧底灰和疏浚淤泥处置难的问题,提出将焚烧底灰作为骨架材料与疏浚淤泥混合固化的处理技术。分别以石灰、石膏、水泥为固化剂开展淤泥—焚烧底灰混合固化试验,通过无侧限抗压强度及耐水性测试,研究各固化剂的固化效果。结果发现:焚烧底灰对淤泥固化具有良好的促进作用;水泥的固化效果最好,掺量仅为4%的固化土7 d无侧限抗压强度可达到400 k Pa,且耐水性较好,满足填土要求,具有推广价值。     

南沙港淤泥固化前后物理力学性能和微观结构变化

为找出广州南沙港某油罐仓储区工程淤泥加固时固化剂的最优配比,取该工程区典型淤泥,以水泥、石灰、石膏、水玻璃和减水剂作为固化剂,对淤泥进行加固试验研究,以无侧限抗压强度来检验加固效果,找到最佳的固化剂掺量,并进行固化淤泥与原状淤泥力学性能和微观结构变化的对比研究。试验结果表明,水泥、减水剂、水玻璃、石膏和石灰掺量分别为20%,1.5%,10%,6%和16%时淤泥的固化效果最佳;影响固化土强度的5个因素中,水泥掺量影响最大,石膏掺量影响最小。相比原状土样,最优配比固化淤泥试样的渗透系数和孔隙率分别减小81.0%和59.8%,三轴不固结不排水试验的黏聚力和内摩擦角分别是原状土样的3.8和4.9倍,固化淤泥的物理力学性能得到明显改善。     

南水北调东线疏浚淤泥固化力学性质试验研究

为了处理南水北调东线工程中产生的大量疏浚淤泥,采用固化方法对其进行改良,进行了室内试验研究。结果表明,添加水泥处理高含水率疏浚淤泥时,淤泥固化土强度受初始含水率影响较大,且影响淤泥固化土的强度因素包括：水泥掺量、水泥强度等级、龄期等因素;淤泥掺加不同强度等级而形成的淤泥固化土无侧限抗压强度随水泥用量增大而增大,随龄期的增长而增长;龄期对淤泥固化土无侧限抗压强度的提高比水泥掺量的影响更为显著;运用52.5等级普通硅酸盐较32.5等级普通硅酸盐水泥固化后对强度提升效果较为显著。     

固化疏浚土宏-微观力学特性室内试验研究

以上海某沿海港域吹填场地的砂土和黏土为试验土料,通过掺入自制固化剂和WK-G1型固化剂在室内制备固化疏浚土试样,采用土力学直剪和压缩试验方法,着重分析了固化剂掺量和养护龄期对固化疏浚土试样抗剪强度与压缩变形特性的影响。此外,利用扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)从微观层面分析了固化疏浚土试样的结构特征,采用Image-Pro Plus(IPP)图像处理软件和自编MatLab程序,提取和分析与颗粒、孔隙及颗粒表面起伏相关的微观结构分维数,基于分形理论,探讨了固化过程中试样微观结构变化与宏观强度及变形特性的宏微观关联。试验结果表明:无论砂土还是黏土,试样压缩模量和抗剪强度均随固化剂掺量和养护龄期的增加呈现出非线性增长规律,在微观机制上,试样压缩模量和抗剪强度的提升与颗粒平均面积与平均半径的增加密切相关。     

淤泥质土固化与强度特性试验研究

为了实现淤泥质土的大规模有效固化,解决水泥土早期强度低、淤泥质土易造成环境污染等问题,将水泥作为主固化剂,粉煤灰、聚羧酸高效减水剂(减水剂)、铝酸钙和钙基膨润土(膨润土)作为外掺剂固化淤泥质土。通过无侧限抗压强度、pH值、含水率以及电导率试验,探究固化土的特性变化规律,确定复合固化剂的最佳配比。结果表明,水泥、粉煤灰、减水剂、铝酸钙和膨润土掺量为22%(质量分数,下同)、5%、0.20%、2%、6%时,固化土固化效果达到最优。微观结构表明,复合固化剂的掺入有利于强度高、难溶、具有膨胀性的矿物晶体以及胶凝物质的生成,使得固化土的结构更加紧密、强度提高。     

淤泥固化技术在深厚淤泥地基处理中的应用

依托于浙江省某围垦工程海堤淤泥地基土固化案例,对淤泥固化技术中固化剂成分配比、固化剂掺量以及施工中的关键技术参数等进行了分析总结。分别基于现场正交试验和室内平行试验研究,对固化剂中主要配方,如水泥、粉煤灰、石膏、石灰、减水剂以及三乙醇胺等掺量进行了试验研究,绘制了各配方掺量(质量比)与淤泥固化土无侧限抗压强度之间的敏感关系曲线。认为水泥、粉煤灰两种胶凝材料的掺量与固化土无侧限抗压强度之间呈正相关关系,而石膏、石灰和减水剂等掺量存在最优掺量值。根据试验成果,确定依托工程中固化剂掺量为15%,并合理控制各配方掺量比,以充分发挥固化土强度。通过对28 d龄期固化土钻芯取样分析,认为固化土28 d无侧限抗压强度不小于1. 0 MPa,满足设计要求。     

石灰固化泥液塑限及不排水剪切强度试验研究

针对某港口海相淤泥试样进行了室内落锥试验和十字板试验等,开展了确定液、塑限及不排水剪切强度的试验研究。结合试验结果分析了石灰掺入对阿太堡界限的影响,并对比了落锥试验和十字板试验确定的剪切强度。结果表明:对于原状淤泥,石灰掺入引起液限明显增大,但随着石灰掺量的增加,固化泥液限值逐渐减小;落锥法测定固化泥液限值总体上高于碟式仪测定的液限值;石灰掺入导致淤泥塑限明显增大,且固化泥塑限随石灰掺量的增加而逐渐增大;传统搓条法测定的塑限值低于落锥法测定的塑限值;石灰固化泥的塑性指数随石灰掺量的增加而减小;对比落锥法和十字板剪切法,两者在淤泥塑限附近的不排水剪切强度较为一致,而液限附近对应的不排水剪切强度相差较大。     

固化淤泥土压缩特性分析

为研究固化剂种类与掺量对海相沉积淤泥固化效果的影响,以唐山南堡典型滨海沉积淤泥为研究对象,通过单掺固化压缩试验,结合粉煤灰废物利用问题,分析了水泥、生石灰及粉煤灰等不同固化剂及掺量对该淤泥固化后压缩特性的影响。结果显示:该淤泥在未固化前为高压缩性土,而在添加一定掺比的水泥、生石灰和粉煤灰并进行7d龄期养护后,淤泥试样的压缩特性均有所改良,其中20%水泥掺比的试样效果最优,且改性为中压缩性土,说明高掺比水泥可在短期内明显改善其压缩特性。单掺生石灰固化时,可通过适当延长闷料时间以增强固化效果。粉煤灰虽固化效果稍差,但具有低耗环保的优势,在实际应用中可综合考虑。该成果可为海相淤泥的固化及工程应用提供一定参考。     

木质素固化疏浚土的压缩特性研究

为研究木质素固化疏浚土的压缩性状,对固化疏浚土进行了多组不同配比下的木质素固化土压缩试验。通过室内固结试验以及无侧限抗压试验,研究了木质素固化土以及木质素水泥双掺固化土的压缩性状,探讨了固化材料掺量、龄期等对固化土压缩特性的影响。试验结果表明:木质素固化土的最优掺量为10%,抗压强度可达到8.6 MPa。木质素固化疏浚土与水泥土类似,二者的压缩曲线都有一个明显的结构屈服点。当上部所加荷载未达到结构屈服应力时,固化土的压缩性很小,而当荷载超过结构屈服应力以后固化土的压缩量比未达到结构屈服应力之前增大了3倍。木质素水泥双掺固化土随着二者掺量的增加,抗压强度有显著的提升,25%木质素掺量的固化土水泥掺量从10%增加到30%后土体抗压强度增长了8.9倍,最为明显。研究结果可为实际工程中木质素固化土强度提供数据参考。     

海相沉积淤泥复合固化强度的试验研究

针对现有淤泥固化试验采用的固化剂相对单一的问题,为了系统研究多材料固化滨海沉积淤泥强度特性,以唐山南堡典型滨海沉积淤泥为研究对象,通过对比单掺、双掺及三掺等固化剪切强度,结合粉煤灰废物利用问题,系统研究了水泥、生石灰及粉煤灰等不同固化剂组合对滨海相沉积淤泥固化强度的影响。结果表明:不同固化剂对滨海相沉积淤泥抗剪强度影响的差异较为明显,抗剪强度基本随掺加固化剂的种类增加而增加,掺加6%生石灰、10%水泥和6%粉煤灰28 d龄期的固化淤泥抗剪强度最高,其黏聚力为238.4 kPa、内摩擦角为32.94°;抗剪强度指标的提高随龄期的变化存在差异,即淤泥单掺生石灰抗剪强度指标的提高主要在养护后期,施工中可适当增加闷料时间以使生石灰和淤泥颗粒反应充分;采用水泥来固化淤泥可在短期内明显提高强度,在高含水率的淤泥材料施工中有更好的工程效果;固化剂掺量相同情况下,抗剪强度随着龄期增长而增加。研究成果对滨海沉积淤泥的固化和工程应用具有参考价值。     

航道疏浚淤泥管中固化处理试验研究

基于管中气动输送固化土技术,研制了一套柱塞式管中混合固化试验系统,开展固化剂配制、管道方案设计和试验研究。以水泥、粉煤灰和生石灰作为三掺固化剂配料,水泥用量在3%~5%,可降低成本,提高固化效果。柱塞式管中固化系统以疏浚泥含水率调整装置、压缩空气输入和固化剂注入装置为主要组成部分。在固化剂注入处将输泥管直径扩大1倍作为混合区,根据CFD数值仿真确定混合区的长径比为5.8∶1。通过调整三部分的输入压力,可获得较好的混合效果,有效通过输泥管道输送固化土。该试验系统适合于大体积量固化土制备、输送和高效的处理,可为我国疏浚淤泥的处理提供参考。     

河道疏浚淤泥固化技术研究

近年来我国河道疏浚大量开展,河道疏浚淤泥固化问题亟待解决。为研究水泥以及水泥和粉煤灰共同作用对河道淤泥固化的效果,为经济有效地对河道淤泥进行固化,特对固化淤泥进行单轴抗压强度试验。结果表明,固化淤泥强度与水泥掺量呈线性关系,与龄期呈对数关系,随水泥掺量和龄期增大,固化淤泥强度越高;由于粉煤灰主要与水泥水化物反应,故粉煤灰对水泥固化淤泥前期强度影响不大,对后期强度有较大提升。     

钢渣微粉改良膨胀土室内试验研究

钢渣微粉是钢渣加工产生的副产品,一直未被有效利用。Ca2+含量占40%~60%,考虑是否可以用来有效改良膨胀土。分别对膨胀土、素土和不同钢渣微粉掺量的改良土进行液塑限试验、直剪试验、干湿循环试验,得到结论:钢渣微粉的掺入使得膨胀土液限下降,塑限上升,且掺量大于3%时液、塑限符合路基规范要求;钢渣微粉的掺入对于膨胀土强度具有很好的改良效果,且钢渣微粉的最优掺入比例为5%;钢渣微粉对干湿循环后膨胀率的下降以及强度的增长均有很好的改良效果。试验结果表明膨胀土通过钢渣微粉的改良后符合工程规范要求。     

水泥固化东湖淤泥的工程性质试验研究

利用将水泥、化学固化剂和机械力脱水三种方法相结合的方式对东湖淤泥进行固化处理,通过界限含水率、强度试验(包括CBR和直剪试验)以及渗透试验研究了在使用水泥固化过程中水泥掺量、养护龄期以及压实度对固化土工程性质的影响。结果发现:仅使用化学固化剂和机械脱水固化处理后的淤泥属于高液限粉土,CBR强度低,不能满足路基填料的要求。使用水泥能够有效提高一次改性固化土的CBR强度和直剪黏聚力,养护龄期对CBR强度影响很小,而水泥掺量、养护龄期和压实度对内摩擦角的影响均不大。此外,在水泥掺量从0%增大到8%的过程中,渗透系数呈现出先增大后减小的趋势,在水泥掺量为2%时达到最大值。综合分析,在水泥二次改性过程中,为符合路基填筑要求,水泥掺量宜为8%,压实度宜大于92%。     

河湖生态清淤及淤泥固化一体化技术应用研究

淤泥固化是资源化处理的有效方法，河湖淤泥含水率高，强度低，含有有机质及污染物。目前以水泥为固化剂或者以水泥为主要成分的复合固化剂在河湖淤泥处理中使用较为普遍，但问题是能源消耗大、环境污染严重，而且固化土适应性差。生态清淤及淤泥固化一体化技术是一种环境友好型淤泥疏浚方法。工程案例证明，其专用固化剂能加快高含水率淤泥固化速度，能有效去除污染物，固化土能作为土工或建筑材料进行再生利用。     

淤泥固化处理研究进展

淤泥固化处理是淤泥资源化利用的有效方式之一。主要从淤泥固结体的物理特性、力学特性、淤泥固化机理研究方法和成果等方面,总结了淤泥固化处理的研究进展。主要综述了固化处理对淤泥液限、塑限、塑性指数、密度、容重、粒径、含水率和流动性等物理特性的影响以及含水率、黏粒含量、矿物组成、有机物、固化剂种类和含量、养护龄期、养护环境等因素对淤泥固结体力学特性的影响;然后,基于孔隙液化学性质分析法、微观结构分析法、水分转化法和电阻率法等方法,综述了淤泥固化的机理;最后,根据目前淤泥固化存在的问题,指明了淤泥固化处理未来的研究方向:(1)淤泥脱水-固化-稳定化一体化研究;(2)淤泥固化机理的定量研究;(3)淤泥固结体耐久性方面以及大规模应用等方面研究。     

天津临港疏浚土固化特性及强度预测分析

由于天津临港地区航道清淤产生了大面积的疏浚土,其含水率高、压缩性大,无法满足施工要求,所以一种大幅度提高疏浚土的抗压强度的固化技术成为解决问题的关键。针对疏浚土可塑性差、强度低、大面积放置占用土地的问题,为了达到废弃物资源化的目的,采用炉渣粉、粉煤灰代替大量的水泥作为胶凝材料,通过单掺、三掺试验,以无侧限抗压强度为指标,通过不同配比的正交试验筛选出最优的固化剂配比。建立神经网络预测模型,以正交试验数据为训练样本,以正交试验掺量范围内的试样为测试样本,对固化土的强度进行预测。结果显示:网络输出结果与试验测试结果有11%的误差,模型预测精度较高。研制的高强度固化剂不仅可以解决疏浚土的放置和处理问题,还能减少水泥的使用量,提高粉煤灰和炉渣粉的利用率,同时也为工程提供了一种再生资源,具有很大的发展前景。     

基于离心机法研究固化淤泥的土水特征曲线

为了研究疏浚淤泥固化处理后作为土工材料时保持水分的能力,利用离心机法快速量测了不同水泥掺量及龄期下固化淤泥的土水特征曲线,提出了修正后的吸力计算公式,试验结果表明:水泥的掺入使得淤泥中低势能的自由水转化到水泥水化产物中,随水泥掺量的增大,固化淤泥的持水能力不断增强;养护龄期越长,水泥水化反应越充分,固化淤泥进气值增大,土水特征曲线排水阶段的斜率减小,28 d与56 d的进气值差别不大,说明龄期对固化淤泥土水特征曲线的影响逐渐趋于稳定。