复合固化砂土力学及水稳性能试验研究

为探究经水泥、石灰和改性聚丙烯纤维复合固化砂土的力学及水稳性能,进行了系列室内试验,结果表明:随水泥掺量增加,固化砂土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度增大,但增长幅度减小,用一定量石灰取代水泥会降低水泥土强度,纤维可以提高水泥土强度,尤其是抗拉强度;水泥可大幅提高砂土抗剪强度和抗压回弹模量,随着纤维掺量的增加,固化土抗剪强度低于水泥土,黏聚力和回弹模量先增大后又减小,内摩擦角与黏聚力表现出负相关性;0.3%纤维加筋8%水泥固化土可以满足简易机场对基层材料的要求。     

纤维加筋固化黄土浸水强度试验研究

为探究水泥、石灰以及多种纤维复合固化黄土的水稳定性能,进行了浸水无侧限抗压强度试验和浸水无侧限劈裂抗拉强度试验。试验结果表明:加砂对复合固化黄土的水稳定性能不利;水泥固化效果优于其他固化剂;纤维可以提高浸水水泥固化土的浸水抗压强度和浸水劈裂抗拉强度,其中0.15%和0.30%纤维掺量的水泥固化黄土浸水抗压强度较高,但继续提高纤维掺量会导致抗压强度降低;纤维长度越长则复合固化黄土浸水抗压强度和劈裂抗拉强度越高,两种及两种以上的纤维混杂掺入会导致固化黄土浸水抗压强度和劈裂抗拉强度降低;水泥可以大幅提升固化土浸水劈裂抗拉强度,19mm聚丙烯纤维加筋固化土浸水劈裂抗拉强度较高,提高纤维掺量可以提高浸水劈裂抗拉强度,两种及两种以上的纤维混杂不能提高浸水劈裂抗拉强度。     

碱激发粉煤灰-钢渣粉协同固化膨胀土力学特性与微观机理研究

针对北疆供水一期工程的膨胀土受干湿-冻融循环作用引起力学特性劣化诱发的工程灾变问题,本工作采用钢渣粉、粉煤灰两种工业废渣作为固化材料,NaOH作为碱性激发剂对膨胀土进行改良,通过开展无侧限抗压强度、直接剪切、侧限压缩、SEM扫描电镜和X射线衍射试验,探究碱性激发工业废渣固化膨胀土的力学特性和微观结构机理。试验结果表明：(1)随着不同改良试剂的依次加入,孔隙结构得到改善,黏聚力不断增大,当粉煤灰质量掺量约为15%,钢渣粉掺量约为18%,烧碱掺量约为5%时,改良的膨胀土结构整体性最为致密,黏聚力达到峰值,土体抗压抗剪强度达到最高,固化效果最为显著。(2)最优配合比的改良土随着养护龄期的延长,生成的水化硅酸系列凝胶增多,胶结程度增强,孔隙含量减少,土体密实性和整体结构得到明显改善,抗压和抗剪强度均有较大幅度的提高,说明龄期对改良土体强度的形成有大幅度的影响。(3)通过对不同试验材料掺量下最佳改良土体的微观机理分析,可知随钢渣粉和烧碱的加入有针棒状的水化硅酸钙以及无定形状的硅铝酸盐凝胶物质生成,胶结联结土颗粒形成团聚体,颗粒间接触点增加,土体结构稳定性增强,从宏观力学行为上表现为固化土体整体强...     

高分子固化剂-玄武岩纤维/砂土复合材料强度特性

通过单轴抗压、快速剪切和抗拉试验,对高分子固化剂（PCA）-玄武岩纤维/砂土复合材料（Sand mixed with polymers and basalt fiber,PBS）的强度特性进行较深入的研究,对比分析了高分子固化剂含量、玄武岩纤维含量（与砂的质量比）和砂土密度对复合砂土材料强度的影响,并结合试验结果和SEM分析了PCA-BF/砂土的强度增强机制。试验结果表明:PCA-BF/砂土的抗压强度、抗剪强度和抗拉强度与纯砂土相比均有明显增强,且残余抗压强度随高分子固化剂含量增大而不断提高;随着高分子固化剂含量和玄武岩纤维含量增加,PCA-BF/砂土强度先快速增大,当PCA和纤维含量分别达到3%和0.6%时增幅变缓;随砂土密度的增大,PCA-BF/砂土的抗压强度和抗剪强度持续增大,而抗拉强度先减小后增大再减小,在砂土密度为1.55 g/cm3时达到最大抗拉强度。高分子固化剂能够在砂粒之间形成空间网络,使分散的砂土颗粒连接成为一体,且纤维与土体混合后能够起到拉筋作用,从而共同作用有效改善了复合砂土材料的强度特性。      

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。     

纤维聚苯乙烯泡沫颗粒轻质土的制备及力学性能

为促进轻质土在岩土工程中的广泛应用,添加改性聚丙烯纤维改善其力学性能,通过无侧限抗压强度试验分析探讨了纤维聚苯乙烯泡沫（EPS）颗粒轻质土强度-变形特性、受压破坏模式和无侧限抗压强度的影响因素,并运用SEM从微观层次上分析了其力学机制。结果表明:不同EPS颗粒、纤维及水泥掺量时,纤维EPS颗粒轻质土的应力-应变曲线不同;EPS和水泥掺量是强度的主要影响因素,其次为纤维掺量;强度随EPS掺量的增大而显著降低,随水泥掺量增大而显著提高;未加纤维的EPS颗粒轻质土松散且易破碎,强度骤然丧失;添加纤维能提高轻质土的峰值强度、残余强度、整体性和韧性,改善其脆性破坏模式;但EPS掺量较高（大于干土质量的3%）时,纤维与水泥土粘结有限,EPS颗粒轻质土力学性能改善效果较弱;EPS颗粒为空心蜂巢结构,纤维表面布满针状的水泥水化物并形成空间网状结构。所得结论表明纤维改善了轻质土力学性能。      

水泥砂浆固化粉质黏土分离式Hopkinson压杆试验与分析

为研究掺砂量（与干土的质量比）对水泥粉质黏土冲击压缩强度及能量吸收特征的影响,采用Φ 50 mm分离式Hopkinson压杆（Split Hopkinson pressure bar,SHPB）试验装置对不同掺砂量的水泥粉质黏土进行了0.4 MPa冲击气压下的冲击压缩试验。结果表明：普通水泥粉质黏土（未掺砂）动态应力-应变曲线大致分为弹性阶段、屈服硬化阶段及破坏阶段,而随着掺砂量的逐渐增加,水泥砂浆固化粉质黏土动态应力-应变曲线中屈服阶段愈加不明显,出现了理想的塑性阶段;水泥砂浆固化粉质黏土的冲击压缩强度随掺砂量的增大而先增大后减小,在掺砂量为10%时达到最大平均动强度9.56 MPa,较普通水泥土强度提高9.79%;水泥砂浆固化粉质黏土的吸收能随冲击压缩强度的增大而增大,两者具有较好的指数关系。     

煤矸石改良黄土的力学和抗冻融性能

【目的】提出用煤矸石改良黄土的解决方案,解决煤矸石存量逐年增大且利用率低、季冻区黄土地基病害严重的双重难题。【方法】分析煤矸石改良黄土的反应机制,通过无侧限抗压强度、直剪、固结压缩和湿陷性试验,分析煤矸石改良黄土试件的无侧限抗压强度、抗剪强度、黏聚力、内摩擦角、压缩系数和湿陷系数等力学性能指标,确定煤矸石的最优掺量;以黄土原料为对照组,将最优掺量的煤矸石改良黄土试件进行冻融循环试验,再次进行无侧限抗压强度和直剪试验,分析冻融循环后最优试件的力学和抗冻融性能。【结果】当煤矸石质量分数为20%,养护龄期28 d时,煤矸石改良黄土的无侧限抗压强度为585 kPa,抗剪强度为287 kPa,压缩系数约为0.19 MPa^-1,黏聚力为63.755 kPa,内摩擦角为29.646°,湿陷性完全消除;进行冻融循环试验后,随着冻融循环次数的增大,无侧限抗压强度逐渐减小,冻融循环次数为11时的无侧限抗压强度、抗剪强度、黏聚力损失率分别为26.9%、 7.4%、 18.6%,内摩擦角变化较小,煤矸石改良黄土的力学和抗冻融性能较好。【结论】煤矸石活性较低,改良后的黄土的强度虽然提升幅度...     

压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究压剪作用下外掺聚乙烯醇(PVA)纤维对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料取代率、压应力比和PVA纤维体积掺量为变化参数,设计并制作144个立方体试件进行压剪试验。观察了试件的破坏形态,得到了荷载-位移曲线及垂直变形-剪切位移曲线,分析了不同变化参数对抗剪强度、峰值位移的影响规律。结果表明：0.1%体积掺量的PVA纤维对再生混凝土的抗剪强度提高了10%;随着压应力比的增大,试件的抗剪强度呈增大趋势,平均增大了2.03倍;与普通混凝土相比,再生混凝土试件的抗剪强度平均降低了13%;当再生粗骨料取代率为100%时,PVA纤维最佳掺量为0.1%;提出了纤维掺量为0.1%时压剪作用下PVA纤维再生混凝土抗剪强度计算公式。     

聚乙烯醇纤维增强偏高岭土-水硬石灰砂浆材料性能的研究

针对偏高岭土-水硬石灰砂浆材料抗拉强度低、极限延伸率小、性脆的问题,为了提高其韧性和稳定性,增强其抗裂能力,设计并制备了聚乙烯醇(PVA)纤维掺杂偏高岭土-水硬石灰砂浆材料,开展了PVA纤维不同掺量、不同长度下偏高岭土-水硬石灰砂浆材料收缩率、波速、抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度的试验研究,通过扫描电镜观察分析了PVA纤维在偏高岭土-水硬石灰砂浆材料中的微观作用机理。结果表明:PVA纤维改变了偏高岭土-水硬石灰砂浆的收缩率和内部结构。试样的抗折强度和劈裂抗拉强度随着纤维增加而增大,抗压强度会在纤维长度一定时随着掺量的增多而降低。PVA纤维对砂浆材料整体性有明显改善,受压后仍能够保持着较好的原样性,纤维和砂浆基体之间产生了机械铆合作用,具有较好黏结性。     

聚丙烯酰胺对石灰稳定土早期强度和破坏形式的影响

为了研究聚丙烯酰胺(PAM)对石灰稳定土早期强度和破坏形式的影响,通过承载比(CBR)试验、三轴不固结不排水剪试验及超景深三维显微镜分析不同PAM掺量的PAM-石灰稳定土的早期强度,探索PAM对石灰稳定土的固化机制.研究结果表明:PAM能有效提高石灰稳定土的早期强度,随PAM掺量的增加呈先增后减的趋势;PAM能改善石灰...     

SG-1型土壤固化剂固化土的实验研究

实验采用自制SG-1固化剂对江苏滨海区盐渍土进行固化实验,并与水泥固化土进行了对比实验。考察了固化剂掺量及试件养护龄期对固化土无侧限抗压强度的影响,并在此基础上进行了固化土耐水性试验。结果表明,该固化剂掺量为10%时,固化土试件的7d抗压强度可达4.1MPa,水稳系数为0.80,均优于水泥固化土。随着养护龄期增长和固化剂掺量增加,抗压强度不断增大。采用XRD和SEM对SG-1固化剂固化土试件进行了表征,结果表明,SG-1型固化土中生成的钙矾石晶体填充了空隙,使固化土强度及耐水性增强。     

西宁地区黄土边坡植被根系协同护坡试验及模拟研究

为了研究西宁地区根系在常温和冻融下随含根量的增大对土体是否具有增强作用,选取原状黄土和三种植物根系（披碱草、华北米蒿和锦鸡儿）作为试验对象进行直剪试验,研究三种试样与原状黄土相比抗剪强度、内摩擦角和黏聚力的变化情况,并通过ABAQUS软件模拟研究试样的等效塑性应变在加固区域的规律。冻融下,三种试样随含根量的增大抗剪强度和黏聚力与土体相比均明显增大;常温下,三种试样在内摩擦角或黏聚力上均有最优含根量且对土体都有增强作用。通过有限元模拟得到的等效塑性应变图可知,黏聚力和内摩擦角均对等效塑性应变的大小有影响。     

掺乳化沥青半刚性基层混合料的强度特性研究

在半刚性基层混合料中加入乳化沥青是为了降低半刚性基层的刚度,减小其收缩开裂。论文介绍了在石灰稳定碎石（土）、水泥稳定碎石（土）和水泥粉煤灰稳定碎石（土）三大类常用半刚性基层中加入乳化沥青后的强度和收缩变化规律,结果表明,乳化沥青使水泥稳定类的强度下降,而使石灰稳定类的强度增加,明显降低了三种混合料的干缩和温缩系数,证明了在一定掺量范围内,掺乳化沥青可以减小半刚性基层的收缩开裂。     

不同沥青基材料砂浆抗剪力学性能分析

为了量化分析沥青混合料中不同沥青基材料砂浆抗剪力学性能的优劣,使其结果作为判断沥青砂浆影响混合料路用性能的依据,以剪切试验为基础,分析了常规条件与冻融条件下,橡胶沥青砂浆、70#沥青砂浆及其加入外掺剂砂浆的应力响应规律,提出了定量分析砂浆抗剪性能的指标,对4种砂浆的抗剪力学性能进行了对比分析。研究结果表明:常规条件下,70#沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为橡胶沥青砂浆的77%和76%,加入外掺剂橡胶沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为未加外掺剂橡胶沥青砂浆的1.41倍和1.29倍,由此可知,使用橡胶沥青与加入外掺剂,不仅能够提高砂浆的强度,而且可以改善砂浆的抗剪力学性能;冻融条件下,70#沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为橡胶沥青砂浆的64%和61%,加入外掺剂70#沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为未加外掺剂70#沥青砂浆的1.18倍和1.46倍,由此可知,使用橡胶沥青与加入外掺剂能够改善砂浆的水稳定性,减少冻融损伤,确保冻融后砂浆的抗剪切力学性能。     

苎麻纤维水泥基材料的力学性能与自收缩试验研究

通过在水泥基材料中掺入苎麻纤维,并对比掺入钢纤维和聚丙烯纤维,研究苎麻纤维对水泥基材料抗压强度、抗折强度、自收缩及电阻率的影响。结果表明,当苎麻纤维掺量分别为0.4%,0.9%时,水泥基材料7 d自收缩降低13.4%,30.8%,28 d抗压强度分别提高2.2%和8.2%,抗折强度则提高9.6%,13.4%;钢纤维与聚丙烯纤维显著提高了水泥基材料7与28 d的抗压和抗折强度,而苎麻纤维更有利于水泥基材料早期自收缩的降低;随着苎麻纤维掺量的增加,水泥基材料的7 d自收缩与3 d电阻率显著减小,二者呈线性相关。     

早强型水下不分散水泥基复合材料的性能优化设计

针对严酷服役环境条件中水下混凝土抗拉变形能力差、开裂引发的一系列病害，在水泥浆体中掺入抗分散剂UWB-Ⅲ、粉煤灰、减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维、煤矸石等物质，研究各物质不同掺量对水泥基材料的抗分散性能、水陆强度、微观形貌的影响。结果表明，适量的UWB-Ⅲ可以显著改善浆体的抗分散性能，但过量使用UWB-Ⅲ会降低砂浆的流动性。当UWB-Ⅲ掺量为6.5%时，能够较好的兼顾抗分散性能和流动性。随着粉煤灰或煤矸石替代率的增加，材料抗压强度降低，悬浊物含量增大。随着减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维等掺量的增加，材料抗压强度呈现先增大后减小的趋势。综合分析可知UWB-Ⅲ掺量6.5%,粉煤灰替代率20%,水胶比0.24,减水剂0.5%,速凝剂2%,纤维掺量2%,煤矸石替代率60%的水泥基复合材料具备早强、水下不分散等特点。研究可为水下混凝土开裂提供一种快速修补方法，也可对煤研石进行资源化利用。     

建筑垃圾再生骨料无机混合料的力学及抗冻性能

道路基层、底基层在使用无机混合料时对其强度要求较低,将建筑垃圾再生骨料用于无机混合料是当前建筑垃圾资源化的一种有效途径。本工作研究了胶凝材料和再生骨料组成对无机混合料力学及抗冻性能的影响。结果表明,水泥掺量、再生骨料中混凝土颗粒含量的增加可提高无机混合料强度,在胶凝材料总量不变的前提下降低石灰掺量可提高无机混合料强度,再生骨料无机混合料的回弹模量为2 775～3 375 MPa,冻后残留抗压强度比最高可以达到88.4%。     

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料单轴受拉特性

高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低,采用我国地方材料资源和工业废料,可制备出高强度同时极限变形量满足实际工程要求的高性能PVA纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC),以应用于高层抗震建筑结构的关键部位。通过单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、粉煤灰掺量、硅灰掺量、水胶比及砂胶比对HPFRCC抗拉性能的影响,研究结果表明:随着PVA纤维体积掺量的增加,HPFRCC的抗拉强度与极限拉应变增大;大掺量粉煤灰替代水泥及增大水胶比可降低HPFRCC的抗拉强度,但明显改善其受拉应变硬化特性;HPFRCC中掺入适量硅灰及细砂可提高其抗拉强度,但极限拉应变降低,尤其当砂胶比较大时,HPFRCC的受拉应变硬化现象不明显;基于细观力学模型,分析了各因素对HPFRCC拉伸应变硬化特性影响的原因,研究结果可为今后HPFRCC的实际工程应用提供基础依据。     

粉煤灰泡沫混凝土力学性能的研究

利用粉煤灰、石灰和水泥为原料,双氧水为发泡剂,制备粉煤灰泡沫混凝土,通过改变泡沫混凝土的水胶比、双氧水掺量和水泥掺量,测试其抗压强度,利用正交实验分析选出最优方案和最显著因素,并通过对泡沫混凝土断面照片进行黑白二值化处理,研究最显著因素与孔隙特征之间的关系。结果表明,双氧水发泡的粉煤灰泡沫混凝土抗压强度随着水泥掺量的增加而增大,随着双氧水掺量的增加而减小,随着水胶比的增大而出现减小的趋势,但是并不显著。随着泡沫混凝土水泥掺量的增加,泡沫混凝土的孔径逐渐减小。当水泥掺量为70%,双氧水掺量为3%,水胶比为0.55时泡沫混凝土力学性能最好。