碱激发粉煤灰固化淤泥微观机制研究

为解决硅酸盐水泥等传统固化剂高能耗、高CO_2排放和高污染等问题,采用新型低碳碱激发粉煤灰胶凝材料对淤泥进行固化处理,开展养护龄期、激发剂类型及掺量多种因素影响下固化淤泥无侧限抗压强度、X射线衍射、扫描电镜、热重和压汞试验,通过分析抗压强度、化学成分、断面形貌及孔隙结构等宏微观特性,揭示碱激发粉煤灰固化淤泥强度性状演变规律与微观机制。结果表明:碱激发粉煤灰可有效提高固化淤泥无侧限抗压强度,Na OH,Na_2Si O_3·9H_2O激发效能优异,Na_2CO_3激发效果相对有限。碱性OH~-作用于粉煤灰玻璃体内外,受激发经"溶解–聚合"形成不同聚合度的硅铝酸盐聚合物凝胶N-A-S-H,黏结细颗粒从而提高固化淤泥整体强度。碱激发剂掺量升高,引起N-A-S-H凝胶生成量增多、热重质量损失增多、团粒内孔隙更多地转化为颗粒间孔隙,导致固化淤泥微观结构更加致密、整体性更强,宏观上表现为力学特性大幅改善。上述结果揭示了碱激发粉煤灰固化淤泥宏微观特征演变过程,建立了碱激发粉煤灰内在化学反应诱发固化淤泥性能改良的全过程模型,可为碱激发粉煤灰替代水泥用于淤泥固化提供理论依据。     

原料配比对氯氧镁水泥稳定砾石土强度的影响研究

氯氧镁水泥(MOC)具有抗冻性好和抵抗盐卤腐蚀的特点。研究MOC用作高寒盐碱地区公路工程无机结合料稳定材料的可行性,探讨原料配比对MOC稳定材料抗压强度的影响规律。制作试件,测定试件的无侧限抗压强度并分析物相组成。结果表明:卤水浓度较低(7.48%)时,活性MgO/MgCl_2物质的量比(Mg/Cl比)较大,MOC稳定砾石土的主要水化产物是Mg(OH)_2,无侧限抗压强度较低;卤水浓度升高(9.35%)时,Mg/Cl比降低,水化产物中出现3Mg(OH)_2·MgCl_2·8H_2O(P318)和5Mg(OH)_2·MgCl_2·8H_2O(P518);主要水化产物为P318时无侧限抗压强度升高,主要水化产物为P518时无侧限抗压强度最高。轻烧镁粉掺量越大,水化产物越多,MOC稳定材料的无侧限抗压强度越大。MOC稳定材料的无侧限抗压强度决定于物相组成;卤水浓度、Mg/Cl比、轻烧镁粉掺量和卤水掺量是物相组成的重要影响因素。MOC稳定材料产生强度的机制包括活性MgO的水化作用及其水化产物的碳化作用、MgCl_2·6H_2O的结晶作用、填充作用、机械压实和离子交换作用。     

MgO活性对MgO-SiO2-H2O胶凝体系的影响

通过在900℃保温煅烧不同时间来制备活性不同的MgO,研究了MgO与硅灰(SF)所制备胶凝材料(MgO-SF)的流动性、凝结时间、强度和pH值,采用X射线衍射(XRD)、同步热分析(DSC-TG-DTG)、傅里叶红外光谱(FTIR)等分析了MgO对MgO-SF水化产物和水化硅酸镁(MgO-SiO_2-H_2O,M-S-H)结构的影响.结果表明:随着保温时间的缩短,MgO衍射峰强度减弱,峰宽增大,晶粒尺寸减小,活性增强;高活性MgO制备的MgO-SF净浆和砂浆流动性较差,初凝和终凝时间较短,强度较高;采用保温时间为2.0h的MgO所制备的MgO-SF浆体流动性最好,凝结时间最长,力学性能最好;MgO-SF净浆试样养护3d时M-S-H中Mg(OH)_2的含量达到最高,随后降低,在28d时Mg(OH)_2含量小幅度增加并出现强度倒缩现象;随着养护龄期的增长,M-S-H含量逐渐增加且其硅酸盐网络结构聚合程度增加.     

不同温度下水泥、粉煤灰再生微粉体系反应程度与抗压强度关系

根据共存于体系中水泥、活性物质水化反应中间物Ca(OH)2产生和消耗,研究其水化反应动力学特征,以此为基础计算在不同养护温度、养护时间及体系中粉煤灰量对水泥、活性物质的水化程度大小,并以此配比进行抗压强度试验。研究结果发现当养护温度低于40℃时,体系的水化程度与抗压强度均随着温度升高、龄期延长、粉煤灰量增加而提高;养护温度高于40℃时,体系水化程度随着温度升高,龄期延长而升高,尤其是15%粉煤灰掺量时水泥能够完全水化。高于40℃体系抗压强度随着温度升高而降低,随着龄期延长而增大,高温时体系水化程度和抗压强度变化趋势不同。     

MgO对水泥-粉煤灰胶凝材料膨胀及微观性能的影响

采用中热硅酸盐水泥、粉煤灰、氧化镁膨胀剂制备水泥-粉煤灰微膨胀胶凝材料，研究MgO膨胀剂对浆体初始流动度、膨胀效能、孔结构和微观结构的影响。结果表明：浆体初始流动度随膨胀剂掺量增加而减小；在相同养护龄期下，膨胀率随膨胀剂掺量增加而增大；在相同掺量下，膨胀率随着养护龄期的延长而增大；加入粉煤灰后会抑制MgO膨胀剂的微膨胀性能。MgO膨胀剂掺量为7%时，孔径及孔隙率最小，且随着MgO水化的进行，孔隙中的Mg(OH)2数量不断增多，结构更加致密。     

超细粉煤灰对混凝土强度及水化产物的影响

对超细粉煤灰掺量为0~30%之间的混凝土抗压强度、硬化浆体水化产物中化学结合水和Ca(OH)_2量的变化情况进行了分析。结果表明,超细粉煤灰掺入后能够充分发挥填充效应和火山灰活性,消耗水泥水化产物中的Ca(OH)_2,降低水化产物中Ca(OH)_2含量,且随水化龄期的延长,参与水化程度提高,能够提高混凝土的后期强度。     

复合固化剂固化某淤泥质土的试验研究

为了改善青弋江分洪道工程淤泥质土地基的物理力学性能,选用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水玻璃以及木质素磺酸钠组成的水泥基复合固化剂,以青弋江芜湖段典型淤泥质土样作为试验土样,进行了室内固化试验研究,分析了固化剂掺量、淤泥质土初始含水率以及养护龄期的改变对固化土无侧限抗压强度和抗剪强度参数的影响关系。研究结果表明:对于提高青弋江淤泥质土强度,试验所用固化剂作用效果明显,90d龄期养护条件下,掺入复合固化剂处理的固化淤泥质土无侧限抗压强度最高为单掺水泥条件下固化土无侧限抗压强度的4.2倍,同时前者抗剪强度也明显大于后者;固化土无侧限抗压强度随固化剂掺量增加而提高,但增长速率逐渐减缓,同时还随着养护龄期的增加而提高,两者呈明显的对数关系。     

NaOH对固化海涂淤泥强度和变形特性的影响研究

在海涂淤泥中掺入不同量NaOH改变淤泥孔隙溶液的pH值,再掺入等量水泥做固化试验.通过室内试验测试淤泥固化土的基本力学性质,探讨NaOH对仅用水泥固化淤泥的改善作用,研究无侧限抗压强度与NaOH掺量的关系和各个龄期淤泥固化土的应力一应变关系,并分析固化淤泥的微观结构特征.研究表明,NaOH掺量不大于0.8%时,孔隙溶液pH值的改变对Ca (OH)<,2>浓度影响很小,对固化强度的改善效果不明显;NaOH掺量大于1.6%时,随着掺量的增大,可以较大地提高淤泥固化强度,破坏应变较小,具有脆性破坏性质;NaOH掺量为3.2%时,90d强度约为不掺NaOH固化淤泥的2倍;微观结构反映出各种状态水化产物形成网状骨架并且填充孔隙,使得固化土具有一定的强度.     

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。     

用砒砂岩制备地聚物材料的研究

通过抗压强度、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、压汞(MIP)和扫描电镜(SEM)测试,分析了砒砂岩地聚物材料的力学性能、反应产物及微观结构,讨论了粉煤灰掺量、养护龄期对砒砂岩地聚物材料力学性能及微观结构的影响.结果表明:粉煤灰掺量和养护龄期对砒砂岩地聚物材料的抗压强度、孔隙结构有较为显著的影响,粉煤灰掺量为13%(质量分数)时,砒砂岩地聚物材料的90d抗压强度可达20.3MPa,其孔隙率减小,孔隙结构得到明显改善.砒砂岩地聚物材料的反应产物主要为无定型水化硅铝酸钙类凝胶.     

海相疏浚淤泥流动固化的作用机制和微观结构分析

以大连湾沉积的海相疏浚淤泥为对象,掺入适量的JCW软土胶结剂制备成流动固化土。采用粒径分析、X–射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析固化土的微观组成和结构特征,探讨固化土的液塑限、无侧限抗压强度等宏观指标随养护龄期变化的内在机制。结果表明,在淤泥固化的过程中,粒径小于100μm的淤泥颗粒在粒径为11和45μm处出现明显的团粒化现象;随养护龄期的增长,液塑限呈指数增加,塑性指数呈指数减小,土的类别由黏性土向粉土转变,土的状态由流塑状态逐渐变成硬塑和半固态;胶结剂和淤泥作用形成交错搭接的三维网状结构,呈现出由固–水–气三相体系的淤泥逐渐向固–晶(结晶态含水化合物)–气准两相结构性体系的固化土转变。固化土的无侧限抗压强度随龄期增长呈指数增加,龄期从7 d增长到180 d时,无侧限抗压强度则从297 kPa增加到783 kPa。     

养护温度对MgO/SiO2体系水化产物微观结构的影响

采用X射线衍射(XRD)和固体魔角核磁共振硅谱(~(29)Si MAS NMR)技术,研究了不同养护温度下MgO/SiO_2体系水化产物的结构特征.结果表明:死烧MgO比轻烧MgO衍射峰强度更大;水化硅酸镁(M-S-H)凝胶呈结晶性较差、短程有序的层状硅酸盐结构;M-S-H含量随着养护温度的升高而增多,相同养护温度下M-S-H的含量随着龄期的延长而增多,50℃下养护28d的试样M-S-H含量最多;养护温度过高会抑制M-S-H的生成;高温养护有利于Q~1向Q~2、Q~2向Q~3转化,使得M-S-H硅氧四面体聚合度提高.     

电石渣-火山灰质胶凝材料固化盐渍土试验研究

以电石渣、粉煤灰和碱激发剂作为原材料制备一种盐渍土固化剂,采用正交试验方法研究各因素对固化盐渍土击实性能和抗压强度的影响,并探索电石渣-火山灰质胶凝体系固化盐渍土的固化机理和水化产物。结果表明:各因素对固化盐渍土抗压强度的影响顺序为:碱激发剂>胶凝材料掺量>m(电石渣)∶m(粉煤灰);固化盐渍土养护7 d抗压强度和水稳定性满足实际工程中对固化盐渍土强度的需求;在电石渣和碱激发剂双重激发下粉煤灰发生火山灰反应,反应产物以水化硅酸钙凝胶、钙矾石和二水石膏为主。当养护龄期为360 d时,试件内未发现明显的Ca(OH)2存留,说明固化土试件养护360 d时,火山灰反应基本完成。     

矿渣-粉煤灰-金矿渣基地聚物固化湖区软土的强度试验研究

针对湖区软弱土特殊的工况,拟采用矿渣-粉煤灰-金矿渣基地聚物替代水泥作为新型绿色固化剂处治湖区软土.通过固化剂掺量、矿渣-粉煤灰-金矿渣比例、养护龄期等因素对地聚物固化土无侧限抗压强度的影响展开研究.结果表明:固化土的无侧限抗压强度随着固化剂掺量和龄期的增长而有所提高;固化剂掺量相同时,地聚物固化土强度更高,且其掺量宜...     

稻壳灰-水泥固化淤泥土力学特性及微观机理研究

我国许多地区河道湖泊环境受损,淤泥淤积速度加快,淤泥质软土地区易发生严重的地基或边坡失稳,通过固化/稳定化技术对淤泥土进行资源化利用具有重要意义。提出利用稻壳灰和水泥进行淤泥固化处理,通过无侧限压缩试验、三轴固结不排水试验评价固化土力学特性;并结合核磁共振、X射线衍射和电子显微镜扫描试验,分析稻壳灰掺量对固化土孔隙尺寸、矿物成分、微观形貌的影响规律,揭示稻壳灰-水泥固化淤泥土的机理。研究表明：稻壳灰能显著提高固化淤泥土强度,稻壳灰-水泥土强度随稻壳灰掺量的增加先增后减,随龄期的增长而增加;当水泥掺量8%时,稻壳灰最优掺量为15%,稻壳灰-水泥土应力应变曲线为应变软化型,抗剪强度参数随着养护龄期增大而增大。稻壳灰-水泥土养护28d试样的XRD图中出现水化硅酸钙(CSH)衍射峰,而T2分布曲线中大孔峰值及面积明显降低,同时观察到SEM图中大量网状水化硅酸钙凝胶,该凝胶能够起到填充土体孔隙、联结土颗粒的作用。     

高含水率吹填淤泥固化土强度特性及预测模型

高淤泥初始含水率以及低固化剂掺量是吹填造陆工程和疏浚淤泥资源化利用工程的常见特点,形成的固化土含水率和强度与其关系密切.本文通过室内试验,探讨了吹填淤泥固化土含水率和强度与养护龄期、固化剂掺量、淤泥初始含水率之间的关系,并尝试选择合适的参数,建立固化土无侧限抗压强度预测模型.研究表明,各龄期的固化土含水率随固化剂掺量增...     

水化硅酸镁(M-S-H)凝胶的制备与影响因素研究

为深入了解水化硅酸镁凝胶(M-S-H)的性质,本研究以MgO、H2_O,硅灰和稻壳灰为原材料,制备MgO-SF、MgO-RHA浆体,在室内合成M-S-H凝胶产物。通过X射线衍射(XRD),热重(TG)分析,差示扫描量热(DSC)等方法,研究了MgO-SF、MgO-RHA浆体在不同的养护温度、养护周期和SiO_2掺量情况下,对水化生成M-S-H凝胶的影响。研究表明:随着养护温度和养护周期的增长,M-S-H凝胶的生成量逐渐增多。试验表明,养护温度为40℃,养护周期为28 d时,生成的M-S-H凝胶最多。硅灰和稻壳灰均可作为水泥基原材料制备M-S-H凝胶。当MgO与SiO_2掺量的摩尔比为1∶1.5时,两者可以完全反应,比两者摩尔比为1∶1时生成的M-S-H凝胶多。相同条件下,MgO-RHA浆体中的M-S-H凝胶含量比MgO-SF浆体中略少。     

铝酸盐水泥对硫氧镁水泥强度和耐水性的影响EI北大核心CSCD

为改善硫氧镁水泥(MOS)耐水性差的问题,引入了铝凝胶相(AH_(3)),研究了铝酸盐水泥(CAC)掺量对MOS凝结时间、抗压强度以及水化产物相组成的影响.结果表明:CAC可明显缩短MOS的凝结时间,并提升其抗压强度和耐水性;掺加CAC后,MOS水化产物中出现了新的水化相CAH10、镁钙矾石相(3CaO·Al_(2)O_(3)·3Mg(OH)_(2)·(30~32)H_(2)O)、AH_(3)和C_(3)AH_(6);掺加5%~15%CAC时,MOS中水化产物5·1·7相的含量增加,MgO、Mg(OH)_(2)含量减少;掺加10%CAC时,空气养护28 d后MOS的抗压强度提升了25.11%,5·1·7相的含量提升了36.85%;浸水养护28 d后,5·1·7相的含量提升了51.86%,耐水性最好,强度保留系数达到0.99;掺加CAC使体系中生成了3CaO·Al_(2)O·33Mg(OH)·(230~32)H_(2)O和AH_(3),促进了MgO的后期水化并消耗了体系中的Mg(OH)2,但是CAC掺量超过20%时会出现水榴石反应,大量CAH10转化为C_(3)AH_(6),导致强度严重倒缩.     

赤泥基固化剂固化/稳定铅锌镉污染土的强度及浸出特性研究

采用赤泥–磷石膏–水泥(RPPC)、赤泥–磷石膏–生石灰(RPCA)两种赤泥基固化剂以及普通水泥(PC)对人工制备的铅、锌、镉污染土进行固化/稳定化,进一步优化赤泥基固化剂的配比。对养护7和28d后的试样开展无侧限抗压强度、毒性浸出试验和pH梯度试验。研究发现,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,赤泥基固化剂固化样的无侧限抗压强度逐渐增加,且强度间差值逐渐增加。三种固化剂的固化样浸出液pH值均分布在7～9范围内。28 d养护龄期后,15%掺量的赤泥基固化剂均有较好的强度和固化效果。相较而言,RPPC固化剂比RPCA固化剂具有更好的固化/稳定化效果,其无侧限抗压强度较高,重金属浸出浓度较低。pH梯度试验结果表明,pH=8时RPPC固化样的重金属浸出浓度最低。不同的浸提剂pH值下,浸出浓度仍满足随掺量增加而增加的趋势。     

氟石膏基胶结材固化淤泥质软土性能研究

采用氟石膏基胶结材(FB)、生石灰(LM)及水泥(PC)固化淤泥质软土,并开展了不同养护龄期下固化淤泥p H值、无侧限抗压强度和含水率等性能测试。结果表明,掺FB、LM和PC固化淤泥含水率随着龄期延长呈现幂函数下降趋势,掺FB后固化淤泥含水率降低程度更突出。同一龄期,FB固化淤泥无侧限抗压强度远高于LM和PC,而其p H值也低,环境污染风险相对较低。SEM分析表明,原状淤泥颗粒呈现大块状,FB固化淤泥中细小颗粒最多,大块颗粒少,结构更稳定。