活性氧化镁碳化加固粉土微观机理研究

基于活性MgO-CO2碳化固化法,开展了不同活性MgO掺量、碳化时间和初始含水率条件下的碳化粉土的无侧限抗压试验、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和压汞试验(MIP)等,以通过无侧限抗压强度、化学成分、结构形貌和微观孔隙等特征来揭示碳化固化粉土的微观机理,最后提出活性MgO碳化固化粉土微观机理模型。结果表明：活性MgO碳化固化粉土的无侧限抗压强度在12h内随MgO掺量和碳化时间增加而增加,随初始含水率增加而降低|碳化后含水率显著降低,且强度与含水率间呈很好的线性负相关关系。碳化生成的水化镁式碳酸盐,包括棱柱状水菱镁石、薄片状球菱镁石/水碳镁石和纤维碳镁石,这些碳化产物对应的XRD峰强随MgO掺量和碳化时间增加而增加,随初始含水率增加而降低|存在最优MgO掺量和初始含水率,使碳化土孔隙体积最小。碳化土无侧限抗压强度与水菱镁石晶体对应的XRD峰强呈正相关关系。水菱镁石的生成促进了强度增长,与其他碳化产物共同促进土体孔隙减小。     

活性MgO碳化固化土的干湿循环特性试验研究

碳化固化技术是一种利用二氧化碳对搅拌有活性氧化镁的土体进行碳化,以达到快速提高强度的低碳搅拌处理软土的创新技术。通过室内试验研究干湿循环对碳化固化土物理力学特性的影响,并与相同掺量下水泥固化土进行对比。结果表明:活性Mg O固化粉土碳化3 h试样的无侧限抗压强度可达5 MPa,粉质黏土碳化24 h试样可达2.6 MPa;干湿循环后碳化固化土的干密度降低,而水泥土干密度基本不变;6次干湿循环后粉土碳化试样的无侧限抗压强度仍然能达到4 MPa以上,为水泥固化粉土强度的2倍,具有较好的抗干湿循环性能;经过6次干湿循环后,粉质黏土碳化试样的残余强度仅为35%,而水泥固化粉质黏土降到65%,表明固化粉质黏土的抗干湿循环性能均较差,且粉质黏土碳化试样的抗干湿循环能力不及水泥固化粉质黏土试样。通过X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)及压汞试验(MIP)测试表明干湿循环对粉土碳化试样的累计孔隙影响不大,因此粉土试样仍然具有比较大的密实度来保证试样强度;粉质黏土碳化试样因孔隙增加明显而变得疏松,因此强度显著降低。     

二氧化碳泡沫法碳化加固软弱土的初探研究

已有研究表明,活性Mg O固化土经CO2碳化数小时可达到或超过相同掺量水泥固化土28d的强度,碳化形成的镁式碳酸化合物能有效降低天然土的含水率、孔隙率,并显著提高土体强度,但在软土中尤其是黏土中通气具有一定难度。本研究选用十二烷苯磺酸钠作为起泡剂,用CO2泡沫处理Mg O混合土,养护后进行含水率、力学特性和酸碱特性测试。结果表明,含水率随养护时间的增加而降低;无侧限抗压强度随着初始含水率增加而呈现先增大后减小;Mg O掺量越高,强度越大。CO2泡沫固化土的p H值处于10.0~10.87范围内,远低于相应水泥固化土(11.5以上),随养护时间的增加,p H值逐渐下降。但强度增长与预期强度相差甚远,需要对起泡剂和操作工艺上需进行进一步优选。     

碳化作用对水泥固化/稳定化铅污染土渗透特性的影响

采用人工配制铅污染土的方法制备不同水泥掺量和不同铅浓度的土样,开展碳化前后水泥固化/稳定化铅污染土的渗透试验,并分析试样的宏观渗透系数和微观孔隙结构之间的内在联系。研究结果表明,水泥掺量增加会降低试样的渗透系数;水泥掺量为7.5%时,碳化作用下渗透系数提高;水泥掺量为15%时,碳化作用下渗透系数降低。铅浓度越高,试样的渗透系数越高,而碳化作用又会增大试样的渗透系数。水泥掺量增加会显著降低试样的孔隙率;碳化作用使得试样中孔径小于0.1μm的孔隙增多,大于0.1μm的孔隙减少。     

CO_2碳化矿渣-CaO-MgO加固土效能与机理探索

CO_2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CO_2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:CO_2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。CO_2碳化作用促使碳酸盐晶体(CaCO_3、MgCO_3)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。     

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。     

磷石膏-钢渣-矿渣固化低液限粉质黏土力学性能及耐久性能研究

为改良低液限粉质黏土的力学与耐久性能,提出了以磷石膏-钢渣-矿渣(PSG, Phospogypsum-Steel slag-Ground granulated blast-furnace slag)为材料的全固废固化剂对低液限粉质黏土进行固化,并与同掺量的P.O 42.5普通硅酸盐水泥固化土进行对比。研究了不同PSG掺量(5%、10%、15%)和不同龄期对固化土无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳定性、干缩变形和抗冻融循环能力的影响,并通过电镜扫描(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了其微观固化机制。试验结果表明：随着固化剂掺量的增加,固化土的最大干密度增大,最优含水率减小。PSG固化土具有较高的后期强度和水稳性能,28d的抗压强度达到了5.28MPa,水稳系数达到93.5%。90d的累计失水量和干缩应变分别为71.3g和1.12×10^-3,比水泥固化土的79.6g和1.28×10^-3降低了10.43%和12.5%。20次冻融循环后,PSG固化土的强度损失为21.65%,比水泥固化土的27.25%降低了5.6%。微观测试发现大量絮凝状C-S-H胶凝...     

海洋环境中不同龄期的镍渣-水泥复合固化土抗渗性研究

为了研究侵蚀时间对海洋环境中镍渣-水泥复合固化土渗透性的演化规律,本文采用加压型渗透装置对镍铁渣粉水泥固化土进行抗渗试验,研究固化土在不同浸泡龄期条件下抗渗性能的变化规律。研究结果表明：早龄期时海洋环境对水泥固化土的抗渗性能影响较小,其渗透系数与清水环境的渗透系数基本一致,而28d龄期后海洋环境下水泥固化土的抗渗性能大幅度降低,且随龄期增长而降低。然而将镍铁渣粉掺入到固化土能缓解海洋环境对其抗渗性能的劣化,并得到40%的较优掺入值,研究成果可为水泥固化土长期渗透特性提供参考。     

水泥砾质土渗透特性试验研究

为研究水泥砾质土渗透特性,改进了常规三轴试验装置,并在该装置上进行了水泥砾质土三轴渗透试验,分析了水泥掺入比、掺砾量、压实度和渗透压对水泥砾质土渗透特性的影响。研究结果表明:水泥砾质土的抗渗性能随水泥掺入比的增加而得到较大幅度的提高;当掺砾量在30%~50%范围时,水泥砾质土的渗透系数在10~(-7) cm/s数量级,且满足土石坝心墙抗渗要求;相同掺砾量下,水泥砾质土渗透系数随着压实度的增加而降低,尤其是压实度≥98%时,其抗渗性能得到大幅度提高;在相同应力状态下,水泥砾质土渗透系数k_(20)与渗透压力比P(渗透压力p/大气压力pa)符合双曲线模型,且该双曲线可转换成P/k_(20)与渗透压力比P之间的线性关系。该研究成果为水泥砾质土应用于高土石坝心墙提供科学支撑。     

湿化条件下水泥固化土的强度与变形特性分析

固化处理已成为软弱土地基处理的主要方式之一,固化土在湿化作用下的力学和变形特性研究对路基等固化土工构筑物的稳定性分析和沉降变形预测具有重要意义。以无锡地区典型淤泥质黏土为研究对象,采用硅酸盐水泥进行固化处理,研究不同水泥掺量和湿化程度条件下固化淤泥质黏土的无侧限抗压强度特性和变形特性。结果表明：水泥掺量的增加有助于提高土体的强度并降低土体的压缩变形,但水泥掺量对回弹变形无显著影响;随着固化土含水率的提高,土体的无侧限抗压强度降低,变形增大,表明湿化过程对水泥固化土的强度和变形特性存在不利影响。实际工程中应注意做好固化土工构筑物的防排水措施,尽量减少湿化作用的影响,保障固化土工构筑物的安全稳定。     

Mechanical performances and microstructural characteristics of reactive MgO-carbonated silt subjected to freezing-thawing cycles

The characteristics of reactive magnesia(MgO)-carbonated silt in respect to long-term stability have not been well understood in severely cold climate despite the usage of reactive MgO in enhancing the engineering performances.Under the binder content of 15% and initial water content of 25%,MgO-admixed silt specimens were carbonized for 3 h and 6 h and then subjected to different numbers of freezingthawing(F-T) cycles.After different F-T cycles,the physico-mechanical properties of MgO-carbonated silt were analyzed in comparison with Portland cement(PC)-stabilized silt through physical and unconfined compression tests.Besides,a series of micro tests on MgO-carbonated specimens was performed including X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM) and mercury intrusion porosimetry(MIP) tests.The results demonstrate that both mass change ratio and moisture content of carbonated/stabilized silt decrease,and these values of MgO-carbonated silt are significantly lower while the density is higher compared to PC-stabilized silt.The strengths and moduli of MgO-carbonated silt are still two times higher than those of PC-stabilized specimens and the strength change ratio of keeps above0.8 after F-T cycles.There is no visible transformation between nesquehonite and dypingite/hydromagnesite,although the XRD peaks of nesquehonite decrease and the bonding and filling effects weaken slightly.After 6 and 10 F-T cycles,the pore-size characteristics changed from a unimodal distribution to a three-peak and bimodal distribution,respectively.The total,macro and large pore volumes increase obviously while the medium and small pore volumes decrease except for intra-aggregate pore.The findings show better F-T durability of MgO-carbonated silt,which would be helpful for facilitating the application of MgO carbonation in the soil treatment.     

氧化镁活性对碳化固化效果影响研究

碳化固化技术是近年来提出的一种低碳搅拌处理软弱土创新技术。该技术先采用Mg O水泥与土进行搅拌,再利用CO2对之进行碳化,以达到快速提高强度的目的。针对Mg O活性对碳化固化的影响规律进行了室内试验研究,并分析了其微观机理。结果表明:试样能在3~6 h内完成大部分碳化,碳化24 h后达到稳定,氧化镁活性对碳化固化效果有显著影响,具体表现为氧化镁活性越高,试样碳化后碳化度越高、碳化产物越多、孔隙体积越小、微观结构越密实;试样碳化后体积明显增长,但氧化镁活性对体积变化影响不大,3种氧化镁试样体积膨胀均为16%左右;氧化镁活性越高试样强度越大,高活性氧化镁试样碳化6 h的强度可达标准养护28 d水泥土强度,稳定强度达到2.5 MPa,而低活性氧化镁试样强度仅为0.5 MPa;试样碳化稳定后高活性试样p H值为9.6,低活性试样p H值为9.0,均低于水泥土p H值。     

Hydraulic conductivity characteristics of carbonated reactive magnesia-treated silt

Carbonation of reactive magnesia (MgO) has recently received increasing attention in the area of soil stabilization and ground improvement. However, as a critical parameter in terms of long-term seepage behavior in the geotechnical analysis, the hydraulic conductivity of carbonated reactive MgO-stabilized silt has not been fully studied. In this context, the effect of water-MgO ratio (ratio of initial water content to MgO content, w₀/c) and carbonation time on hydraulic conductivity (or permeability) characteristics was systematically investigated. Serial microstructural tests including mercury intrusion porosimetry (MIP), scanning electron microscopy (SEM), and differential scanning calorimetry (DSC) analyses were applied to elucidate the intrinsic mechanisms. The obtained results indicate that as the initial water-MgO ratio decreases, the void ratio gradually decreases and the reduction of hydraulic conductivity becomes less prominent because of the little presence of flow paths. The hydraulic conductivity of carbonated MgO-admixed silt similar to that of PC-treated silt is mainly governed by the porosity, and its correlation with void ratio is proposed in the article. The variations of permeability with void ratio are consistent with those of the cumulative pore volume from MIP results in general, and the medium pores (3–30 μm) are substantiated to be the primary contributor in controlling the permeability. SEM and DSC analyses reveal that the cementation of soil particles and filling of hydrated magnesium carbonates marginally reduce the voids and permeability. The reasons for changes of permeability behaviors have been confirmed by the pore-size distribution and microstructure characteristics.

     

基桩完整性检测中桩土相互作用参数的试验研究

通过模型桩室内试验模拟真实的桩土相互作用边界条件,应用低应变反射波法对桩土相互作用阻尼系数进行系统的研究。结果表明,桩土相互作用阻尼系数随着桩周土应力增大而增大,而且还与土质和土体的含水状态有关。对于砂土、粉土、粉质粘土,在相同应力状态下,粉质粘土的阻尼作用最大,粉土次之,砂土最小;对于同一类土,饱和土体阻尼作用大于非饱和土体。最后通过对试验结果的拟合分析建立阻尼系数与桩周土应力的相关关系。     

不同土质中模型支盘桩在重复荷载作用下的 试验研究

 为研究支盘桩在不同土质中重复加载下的工程性状,分别对一个双盘模型支盘桩在粉土和粉质黏土中进行5次重复加载–卸载试验,所加最大荷载小于该模型桩的极限承载力。根据试验结果,分析在两种不同土层中支盘桩的承载力和变形特性,研究两者荷载传递的特点和异同、桩身不同位置压力变化的特点和异同,特别是对桩周土体对桩侧表面产生的摩擦力在不同条件下会出现复杂变化的原因进行分析。还分析离盘不同距离的土体在重复加载过程中的压力变化情况和原因。研究结果表明,不同土质条件对支盘桩的承载力和变形有很大不同,粉土中的工程性状要优于粉质黏土,而不同土层中支盘桩和桩周土体的相互作用机制也是明显不同并且十分复杂。因此要充分认识支盘桩在重复荷载作用下的工程性状和荷载传递机制还要进行大量研究。     

含细粒砂性土标贯液化判别方法改进研究

含细粒砂性土相对于纯净砂在自然界中分布更为广泛,但是对于其液化判别,一直都是作为纯净砂液化判别的附属成果,没有得到足够的重视。回顾了中国规范方法与NCEER推荐方法,结合1999年台湾集集地震液化土与非液化土数据,发现两个方法定义纯净砂的矛盾,通过进一步对比判别结果,建议对两个方法做如下改进:1对中国规范方法,首先取消粉砂黏粒含量取3%的规定,并且对黏粒含量不大于3%且细粒含量大于15%的粉砂及粉土,取ρc=Fc/4,否则取3%;2对NCEER方法,当黏粒含量不大于3%时,只针对细粒含量大于20%的土,才考虑调整(N1)60。改进之后,中国规范方法过于保守的问题得到解决,NCEER方法对于黏粒含量不大于3%且细粒含量大于5%的土判别结果也不再偏于危险。     

沉积相和深度对第四纪土动剪切模量和阻尼比的影响

依据苏州第四纪地层特点,使用GCTS循环三轴试验仪对取自典型钻孔剖面100 m以浅的40个原状土样进行了剪应变10~(-5)~10~(-2)量级的动剪切模量和阻尼比试验,研究了土的沉积环境、深度和土类对土体的规准化动剪切模量比G/G_(max)和阻尼比λ的影响。当剪应变g1×10~(-4)时,G/G_(max)折减很小,土体处于非线性弹性状态。沉积相、土层深度和土类对苏州第四纪地层土的G/G_(max),l与g关系曲线的影响有明显差异。相同沉积相的同类土,土层深度越深,G/G_(max)随g增长而衰退越慢,l越小;深度相近的同类土,滨海相土比河泛相土具有更为明显的非线性,而滨海相土的l略高于河泛相土。沉积相相同、深度相近时,粉砂、粉质黏土、黏土的G/G_(max)随g增长而衰退的速率依次减慢;应变水平相同时,粉砂的l最小,粉质黏土的次之,黏土的最大。