海水环境下MICP胶结钙质砂干湿循环试验研究

为了探究微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）在海水环境中胶结钙质砂的适用性与MICP胶结体的耐干湿循环性能,分别在海水与淡水环境中试验MICP胶结钙质砂,并在海水环境中对MICP胶结的钙质砂进行干湿循环.基于能谱分析（EDS）与X射线衍射（XRD）分析胶结体元素与矿物组成.通过无侧限抗压强度试验、称重,构建胶结体的力学性质、质量损失与干湿循环的关系,利用扫描电子显微镜（SEM）分析干湿循环弱化机制.结果表明：海水环境中MICP对钙质砂的胶结效果优于淡水环境;海水环境中MICP胶结的钙质砂体具有比淡水环境中胶结的钙质砂更高的耐干湿循环性能,21次干湿循环后,海水、淡水环境胶结试样的无侧限抗压强度分别下降至原样的30%和7.53%;干湿循环减弱了颗粒表面粗糙度与粒间胶结强度,宏观上表现为MICP胶结的钙质砂体的强度、刚度的降低.     

MICP胶结钙质砂的强度试验及强度离散性研究

对钙质砂进行微生物固化可以显著改善其强度等力学特性,但不可避免地会出现强度离散的现象。为控制微生物固化钙质砂强度离散性,以更好应用于工程实际,本文对3种粒径级配的钙质砂进行微生物固化,并基于无侧限抗压强度试验、比重测试、碳酸钙含量测定,探讨颗粒粒径、胶结水平对微生物固化钙质砂相关物理指标、强度以及强度离散性的影响;同时开展扫描电镜（SEM）测试,进一步分析微生物固化钙质砂表面细观结构,探讨强度增长的内在机理,分析影响强度离散的主要因素。结果表明：微生物固化钙质砂的强度及其离散性均随胶结水平的提高而提高;MICP胶结产生的碳酸钙晶体“包裹”钙质砂颗粒的现象不利于强度的高效形成;微生物固化钙质砂的强度离散性主要由钙质砂土骨架差异性以及碳酸钙分布均匀性决定。     

不同胶结程度MICP固化珊瑚砂的无侧限压缩离散元分析

利用离散元软件建立珊瑚砂微生物固化体无侧限压缩试验模型,通过在珊瑚砂颗粒表面及接触处生成微小碳酸钙颗粒来模拟M IC P胶结,考虑珊瑚砂珊瑚砂颗粒、珊瑚砂碳酸钙颗粒及碳酸钙碳酸钙颗粒的接触,分析不同胶结程度微生物珊瑚砂固化体的颗粒位移、微裂纹发展及微裂纹分布等细观特征,解释了其宏观变形和破坏机制.结果表明:在无侧限压缩...     

MICP加固钙质砂的耐久性试验研究

南海岛礁建设中,钙质砂是易于获取的原材料,但也存在孔隙多、易破碎等不足。为保证岛礁建设的安全稳定,设计经微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固后钙质砂试样在海水、纯水环境下分别进行浸泡与干湿循环试验,以探究不同环境与处理方式对MICP加固钙质砂样耐久性能的影响。结果表明：(1)经MICP加固的钙质砂具有较好的抗侵蚀能力,通过增加钙质砂的加固轮次能够有效地提高试样的耐久性能,其在海水中干湿循环时劣化最快,在纯水中浸泡时劣化最慢;(2)持续浸泡与干湿循环均会对试样耐久性造成不利影响,干湿循环的劣化作用更大;(3)控制其余变量不变时,海水环境下试样耐久性能的劣化比纯水环境下更严重。     

微生物结合碳纤维加固钙质砂的高强度试验研究

为了研究微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）结合碳纤维固化钙质砂的效果及机理,先通过低轮次注浆试验探究碳纤维对MICP加固钙质砂效果的影响,并确定碳纤维的最佳掺量及长度,然后开展高轮次注浆试验,研究MICP胶结液无法再注入时的砂柱强度,通过试验结果对比和扫描电镜等分析,分析了微生物、碳纤维及钙质砂之间的作用机理。试验结果表明,掺加碳纤维能显著提高微生物加固钙质砂的强度。在低轮次注浆试验中,掺加碳纤维能有效提高碳酸钙的生成量及试样强度,纤维组的碳酸钙生成量比无纤维对照组提高了15%~34%,试样强度提高了135%~217%;高轮次注浆试验中,在MICP胶结液无法再注入砂柱的情况下,由于两组试样注浆轮次的差异,纤维组最终的碳酸钙生成量对比无纤维对照组减少了4%,试样强度提高了11%。     

微生物加固钙质砂强度演化过程的环剪试验研究

为获得钙质砂试样在微生物加固过程中的强度特性,对环剪仪的剪切盒进行改造,实现在环剪仪上直接完成钙质砂试样的微生物固化过程.通过环剪试验研究加固时间对固化效果的影响,考虑环剪试验过程中竖向应力的影响并与未加固钙质砂试样进行对比分析.结果表明:在改造后的环剪仪上直接完成固化可以获得加固时间较短、强度相对较低的试样.随着加固...     

基于NMR技术的胶结钙质砂热特性机理分析

钙质砂含有丰富的内、外孔隙,且颗粒具有易破碎性,因此,钙质砂的微观孔隙结构变化是引起其热传导特性演变的本质原因。为了探究钙质砂微观孔隙结构对其热特性演变的影响机理,首先基于热针法探讨了5个不同水泥掺量(P_s=5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%)胶结钙质砂在不同养护龄期(t=1d、3d、7d、14d、28d)的导热系数,分析了水泥掺量P_s和养护龄期t对胶结钙质砂热传导特性的影响规律;利用核磁共振(NMR)技术揭示了上述过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释了各影响因素作用下胶结钙质砂热特性演化的微观机理。试验结果表明：(1)胶结钙质砂的导热系数λ随养护龄期t的增加先急剧增大而后缓慢减小,随水泥掺量P_s递增而增加,但增长幅度递减;(2)NMR试验曲线反映了胶结钙质砂内部孔隙大小和数量的变化,根据反演的孔径d可将曲线划分为微孔隙(＜66.24nm)、小孔隙(66.24nm~6.048×10^₃nm)和大孔隙(6.048×10^₃nm~1.92×10^₅nm)3个区域;其中,微孔隙的变化情况反映了胶结钙质砂中水泥水化过程,中、大孔隙的变化情况反映了钙质砂中孔隙被水化胶凝产物分割、填充过程;(3)胶结钙质砂内微观孔隙大小、数量的变化从本质上决定了其宏观导热系数的变化规律,可利用NMR曲线得到合理的微观机理解释。     

微生物加固钙质砂压缩前后细观尺度变化试验研究

MICP是岩土工程领域新兴的一种环境友好型砂土加固技术,可以用于提高钙质砂的工程性能,但由于MICP加固钙质砂试样的复杂结构,需要对其细观尺度展开研究以解释宏观现象。运用CT扫描技术,对三轴压缩前后的微生物加固钙质砂试样进行三维重构,分析加载前后试样细观尺度变化。研究发现,使用CT扫描得到的二维灰度图像可以显示试样的孔隙分布,且在二维灰度图像的降噪处理过程中非局部均值滤波算法具有良好的降噪效果。在此基础上进行三维重构,结果表明,加载前试样孔隙主要分布在试样高度方向1/3处、2/3处及试样两端,加载后这部分区域的孔隙会有所增加,即加载过程中试样的破坏主要集中在试样本身已有的薄弱区域。在三维重构基础上分割显著破坏面,显示低应力水平下试样破坏模式为X共轭剪切破坏,而在高应力水平下的破坏模式为单斜面剪切破坏。     

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程,引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（P_s=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律,利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而递增,P_s小于10%时,λ呈线性递增,P_s大于10%时,λ增长缓慢;随着水泥掺量P_s的增大,胶结钙质砂中孔隙数量越来越少,孔隙占比下降明显,但P_s增大到10%后,总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓;不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系,本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙,降低了其孔隙率,改善了砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而增大。     

微生物加固钙质砂环剪试验研究

对取自南海岛礁的钙质砂进行固化处理,通过环剪试验研究微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）胶结钙质砂的抗剪强度特性,并考虑菌液浓度、菌液浸泡时间、加固液浓度、加固时间、竖向应力以及海水环境等因素的影响. 结果表明：MICP方法可以有效提高钙质砂的抗剪强度. 当加固液浓度为0.5 mol/L时,加固后试样的抗剪强度达到最大值,约为未加固试样的3倍,并表现出显著的应变软化现象. 提高菌液浓度、菌液浸泡时间、加固液浓度、加固时间均可改善微生物加固效果,减小残余强度与峰值强度的比值,使试样的应变软化现象越来越明显. 海水环境虽对MICP加固过程有抑制作用,但在此环境下采用MICP方法仍能有效提升钙质砂地基的抗剪强度.     

钙质砂中单桩水平承载特性模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂地基中桩基的水平承载特性,分析桩长对桩顶位移、桩顶转角、桩身弯矩以及桩侧土体压力分布的影响,并与福建标准砂地基中的模型桩进行了比较.试验结果表明:桩长对水平承载特性具有显著影响;增加桩长能明显提高单桩水平极限承载力,桩身变形逐渐由刚性转动转变为弯曲变形;弯矩沿桩身的分布范围由全段分布转变为集中...     

C40特细砂混凝土和易性和抗压强度研究

利用邯郸当地的原材料制备C40特细砂混凝土,采用正交设计方法,试验研究了水胶比、粉煤灰取代率、砂率对特细砂混凝土28d抗压强度及和易性的影响。结果表明,粉煤灰取代率是影响混凝土28d抗压强度的最主要因素,砂率是影响混凝土和易性的最主要因素;适当的粉煤灰取代率能提高混凝土28d抗压强度;随着砂率的增加,塌落度大幅下降而强度略有降低;水胶比为0．45,粉煤灰取代率为10％,砂率为30％,通过添加1．2％的高效减水剂可配制出28d强度达59．1MPa、塌落度为60ram的混凝土。     

特细砂配制低强度混凝土的试验研究

针对邯郸地区丰富的特细砂资源,采用不同水胶比(0.8、0.7、0.6、0.5)来进行对比试验,研究特细砂砂率对低强度混凝土和易性及抗压强度的影响。通过大量试验结果表明:特细砂砂率对混凝土和易性影响显著,尤其对于水胶比较低的混凝土影响程度更大;水胶比不变,混凝土28 d的抗压强度随着砂率的增加而上升;当增加到某范围值时,混凝土28 d抗压强度则随着砂率的增加而略有下降;选择合理的砂率,特细砂可以配制出符合工作性能和强度要求的混凝土。     

温度效应对钙质砂体积应变和固结特性的影响

为了探究温度变化引起钙质砂体积应变的作用机制,在不同温度和围压下对南海钙质砂进行温控三轴试验,并与石英砂试验进行对比. 研究表明：升温引起相对密实度为70%的钙质砂和石英砂产生压缩体积应变;升温引起的钙质砂热体积应变远大于石英砂,且钙质砂热体积应变对围压的敏感性远强于石英砂;在围压较大时,升温引起的钙质砂热体积应变明显增加且体积应变发展模式显著改变. 利用温控固结仪研究不同温度下钙质砂和石英砂的固结特性. 研究表明：随温度升高,2种砂在e-lg p面内的压缩曲线先向上移再下移,直线段的斜率先减小后增大,但达到固结稳定的时间均提前;不同于石英砂,在45~75°C下,升温导致钙质砂的固结压缩量显著增加,远超常温水平,这是因为由筛分试验发现,随温度增加,钙质砂颗粒破碎程度增大,导致其在高温固结时的压缩量增大.     

机制砂和天然细砂复合配置混凝土的强度性能

为研究机制砂混凝土的抗压强度和劈拉强度的变化规律,对低水胶比和20％矿渣掺量下配制C35的机制砂混凝土进行试验研究。试验数据表明：配置机制砂混凝土需要提高砂率,砂率一般宜大于38％;机制砂混凝土的早期强度较天然砂混凝土低,但后期增长较快;相对于天然沙,要更加重视对不同批次机制砂的质量检测;适当提高高效减水剂的掺量可以改善机制砂混凝土的工作性。