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...     

碱激发粉煤灰地聚物的力学性能及微观机制研究

电力工业废渣通过碱激发可再生成一种新型的、绿色的高性能无机聚合物胶凝材料.试验以一级低钙粉煤灰为原材料、水玻璃和氢氧化钠为复合碱性激发剂制备粉煤灰地聚物,通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验,研究碱激发剂模数和养护龄期的变化对粉煤灰地聚物力学性能的影响.试验结果表明:激发剂模数是影响地聚物试样力学性能的重要因素,随着模数的增大,试样无侧限抗压强度先增大后减小,在各养护龄期下模数为1.1时试样的无侧限抗压强度最高;粉煤灰玻璃体在碱性溶液的侵蚀破坏下发生解聚-缩聚反应,生成的N-A-S-H凝胶填充了试样孔隙,促进了试样无侧限抗压强度的增长;当模数为1.1且养护龄期为28 d时,试样的无侧限抗压强度达到最大值10.3 MPa且微观结构密实、整体性强.     

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。     

早期固化派酶土体显微形貌与其无侧限抗压强度的关系

利用一种生化酶类土壤固化剂派酶,按适当比例掺入壤黏土,测得其各龄期试件无侧限抗压强度均比未掺的有所提高.为了进一步研究早期固化派酶土体显微结构形貌与其强度的关系,对7、14d龄期的掺与未派酶固化土体试样进行SEM电镜扫描.早期固化掺与未派酶土体中的7d SEM照片(40μm)很难直接观察定性分析,进而采用分形理论,计算出早期固化龄期(7、14d)未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数均比掺派酶的大,龄期相同时盒维数大的试件无侧限抗压强度低.龄期从7d增至14d,掺与未掺派酶试件显微结构形貌的盒维数变小而无侧限抗压强度却有所提高.     

废弃混凝土再生微粉固化盐渍土的强度特性及微观机理研究

再生微粉由其成本低、易获取的特点用于固化盐渍土可以达到固废利用、节约资源的目的.本实验基于无侧限抗压强度试验、XRD和SEM试验,探究了再生微粉联合粉煤灰、水泥固化盐渍土的强度特性、微观机理、固化机制,结果表明:再生微粉替代部分粉煤灰、水泥掺入盐渍土后,固化土抗压强度较天然盐渍土有了大幅提升,且再生微粉替代粉煤灰的较优替代量为80％;再生微粉的掺入促进了粉煤灰的硅酸化反应,生成具有胶凝作用的水化硅酸钙、水化铝酸钙,相互构成网状结构,提高了土体稳定性;再生微粉联合水泥固化盐渍土时,生成的胶结能力较强的C?S?H和C?A?H凝胶会与再生微粉共同填充于土间孔隙中,使土体结构更加密实,通过凝胶的凝结硬化作用增加盐渍土的抗压强度.     

多因素对再生混凝土力学性能及抗冻性的影响

为研究不同因素、不同水平对再生混凝土力学性能的作用。该文通过正交试验研究钢纤维掺量、再生粗骨料掺量和粉煤灰掺量对再生混凝土力学性能(抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度)的影响,确定各因素对再生混凝土力学性能的影响程度,并加以量化表征,并提出多因素共同作用下再生混凝土力学性能的多元非线性回归模型且进行验证。在此基础上,该文进一步研究再生混凝土的抗冻性。结果表明:再生混凝土的力学性能随钢纤维掺量的增加而提高;随粉煤灰掺量增加而降低;再生粗骨料掺量对再生混凝土的力学性能影响较小。钢纤维的掺入可提高再生粗骨料的掺量。再生混凝土力学性能的实测值与通过建立的回归模型得到的计算值的最大误差在6.5%以内。此外,钢纤维的掺入和减少再生粗骨料的掺量均可以提高再生混凝土的抗冻性。     

再生微粉—再生骨料混凝土力学性能及微观结构研究

针对大量建筑垃圾处理困难和砂石等自然资源日趋枯竭的矛盾,利用从建筑拆除垃圾中回收的再生骨料(RA)和再生微粉(RP)协同制备了再生骨料-微粉混凝土(RAPC)。分析了再生微粉的矿物组成、微观形貌以及RAPC的抗压强度、劈裂抗拉强度和孔隙特征。研究表明,不同取代率的RA和RP对于RAPC的孔隙结构和力学性能都产生了不同的影响。在相同的RP取代率下,30%的RA发挥了内养护作用,使得RAPC的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度达到峰值。在相同RA取代率下,RAPC的抗压强度及劈裂抗拉强度在RP取代率为15%时达到最大值,这是由于RP具有潜在的火山灰活性,与RAPC中的水化产物发生了二次水化反应。不同RA和RP取代率的RAPC的破坏形态有明显区别。通过压汞(MIP)试验研究了RAPC的微观孔隙特征,验证了以上的试验结果。     

再生砖骨料混凝土力学性能劣化规律试验研究

为研究再生砖骨料混凝土在不同掺量和不同冻融循环次数下的力学性能变化。通过以红砖粗骨料掺量,钢纤维掺量,冻融循环次数为变量进行试验,研究以上因素对再生砖骨料混凝土力学性能的影响,并通过有限元软件建立有限元模型进行拟合分析。试验结果表明：随着红砖骨料取代率的增加,混凝土试件的立方体抗压强度逐渐降低,且当钢纤维掺量为1%时,再生混凝土试件的立方体抗压强度提高最为显著。抗冻性能方面,随着冻融循环次数的增加,再生混凝土试件的质量损失逐渐提高,且抗压强度逐渐下降。当冻融循环次数在50次以上时,试件强度的降幅趋于平缓。     

粉煤灰改性固体废弃物胶固粉的制备及性能研究

以电石渣和粉煤灰这两类固体废弃物为主要原料,制备了不同粉煤灰掺量的固体废弃物胶固粉。研究了粉煤灰掺杂比例对胶固粉水化进程、微观形貌、破坏形态和力学性能等方面的影响。结果表明,掺入适量粉煤灰后加速消耗了水泥熟料,提高了胶固粉的水化反应速率,在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉中孔隙数量最少,结构密实度最高。胶固粉在受力过程中破坏形态相似,裂纹自上而下均为条形裂纹,且上部出现了坍塌现象。随着粉煤灰掺量的增大,胶固粉的凝结时间逐渐增大,流动度和化学结合水量持续降低,抗压强度和最大应力先增大后降低变化。在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉的抗压强度最大为14.85 MPa,在相同应变下的应力最高为15.70 MPa。分析可知,粉煤灰的最佳掺量为30%(质量分数)。     

钢纤维橡胶再生混凝土的抗冻性试验

为使废弃混凝土和再生橡胶在北方地区混凝土工程中得以应用,采用正交试验法研究再生粗骨料掺量、再生粗骨料强化方式、钢纤维掺量与橡胶掺量对钢纤维橡胶再生混凝土(C45)立方体抗压强度和抗冻性的影响规律。利用扫描电镜和螺旋CT扫描技术研究了钢纤维橡胶再生混凝土的宏观和细观结构及其对抗冻性能的影响机理。结果表明:橡胶颗粒掺量是影响再生混凝土含气量、抗压强度和相对动弹模量的重要因素,再生粗骨料掺量是影响相对动弹模量和强度损失率的次要因素,钢纤维掺量对混凝土抗压强度增强作用较小,粗骨料强化方式对混凝土性能影响不大;橡胶颗粒与砂浆界面的裂缝宽度在5~55μm之间,二者之间的相容性较差;当橡胶颗粒掺量(与砂的体积比)大于20%后,随橡胶颗粒掺量增大,混凝土内部孔洞数目增多,钢纤维橡胶再生混凝土抗压强度降低、抗冻性减弱。     

混杂纤维增强再生砖骨料混凝土增强机制与抗压性能计算方法

通过钢-聚烯烃混杂纤维增强再生砖骨料混凝土（HF/RBAC）的抗压与弹性模量试验,研究了再生砖骨料（RBA）取代率、混杂纤维掺量、纤维种类对混凝土抗压强度和弹性模量的影响。根据RBA的XRD图谱、X-CT图像、RBA火山灰活性成分与水泥水化产物反应原理及能量平衡原理,分析了HF/RBAC的破坏机制和纤维增强机制。研究表明,当RBA全取代天然骨料（NA）时,HF/RBAC立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量分别降低了36.72%、24.95%和43.53%。当钢-聚烯烃混杂纤维体积掺量为1.5%时,HF/RBAC立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量分别增加了20.51%、30.33%和35.84%。最后,提出了考虑RBA压碎指标和取代率、纤维种类和掺量等因素影响的HF/RBAC抗压强度和弹性模量的计算方法。     

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。     

氧化石墨烯/再生水泥基复合材料的制备

基于建筑垃圾再生细骨料替代天然砂,进行氧化石墨烯(GO)改性再生水泥基复合材料的综合物理性能和水化机制研究。采用超声分散GO及振动搅拌制备再生水泥基复合材料,综合耐久性能测试结果表明:和不掺GO再生水泥基复合材料相比,添加0.03% GO改性7 d龄期强度的GO/再生水泥基复合材料抗折和抗压强度分别提高了16%和21%;添加0.02% GO改性的28 d龄期强度的GO/再生水泥基复合材料抗折和抗压分别提高了13.7%和13.6%。GO/再生水泥基复合材料龄期7 d耐候、50次冻融循环后力学性能均良好;氯离子含量皆小于0.06%。放射性检测结果表明:GO/再生水泥基复合材料内照射指数I_Ra和外照射指数I_r均属于A类建筑材料。通过XRD、TG-DTA、SEM等手段对GO/再生水泥基复合材料水化机制研究表明:GO促进了钙矾石(AFt)晶体的大量生成及胶凝孔中存在更多的自由水,且对后期氢氧化钙(CH)的产生有抑制作用,进而提高了GO/再生水泥基复合材料综合物理性能。      

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...     

混杂纤维再生砖骨料混凝土正交试验及卷积神经网络预测分析

利用正交试验研究了再生骨料比例、混杂纤维比例以及减水剂掺量三个因素对混杂纤维再生砖骨料混凝土力学性能敏感性的影响,并利用卷积神经网络(CNN)对试验结果进行了预测分析和变参数扩展分析.结果表明:再生砖骨料(RBA)与再生混凝土骨料(RCA)的比例对混杂纤维再生砖骨料混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度的影响最大,其次是减水剂掺量,最后是玻璃纤维(GF)与聚丙烯纤维(PF)的比例.抗压强度及劈裂抗拉强度随着RBA与RCA的比例的减小而增大,随着减水剂掺量的增大而减小.本工作建立的CNN模型具有较高的预测精度,并且可以用于试验结果的变参数扩展分析.     

水泥土的无侧限抗压强度试验研究

通过无侧限抗压强度试验,研究了水泥掺入比和养护龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响,并提出了具有工程实际意义的一些建议.     

再生粉体对干混砌筑砂浆性能的影响

掺加一定量的再生粉体对细骨料分别为机制砂和再生砂的干混砌筑砂浆进行改性,研究不同掺量的再生粉体对干混砌筑砂浆基本性能、力学性能及抗冻性能的影响。结果表明:随着再生粉体掺量的增加,砂浆的各项性能均有所降低,且对2种不同细骨料的砂浆影响基本一致;掺加再生粉体的质量分数为30%的砂浆抗压强度相比未掺加再生粉体的抗压强度最大降低幅度为44.2%;再生粉体对干混砌筑砂浆抗冻性能的影响较为明显,且最大掺量不宜超过10%,细骨料为机制砂的砂浆可采用1∶3和1∶4的胶砂质量比,而细骨料为再生砂的砂浆宜选用1∶3的胶砂质量比。     

水泥基材料对铬污染土壤的固化/稳定化研究

通过毒性浸出和无侧限抗压强度实验研究单掺硅酸盐水泥熟料、FeCl2以及复掺硅酸盐水泥熟料与FeCl2对铬污染土壤的固化/稳定化效果及作用机制。结果表明,熟料水化产物包裹和连接土壤颗粒,填充孔隙和离子渗出通道,而FeCl2在碱性条件下仍具有良好的还原性,两者共同作用,使土壤获得较高的强度,同时降低Cr(Ⅵ)的浸出浓度。硅酸盐水泥熟料复合FeCl2是一种良好的铬污染土壤专用固化/稳定化材料。     

再生混凝土力学性能的研究进展

再生混凝土的应用,不仅能够解决废弃混凝土处理问题;又能降低因资源过度开采所引起的生态环境破坏,因而具有广阔的发展前景。相比于普通混凝土,再生混凝土的抗压强度、弹性模量以及抗疲劳性能较低,主要与再生骨料多方面因素的影响有关。对近年来再生混凝土力学性能相关研究进展进行了综述,再生骨料总吸水率是降低抗压强度的主要原因,疲劳性能则主要与再生骨料取代率和附着砂浆含量有关。在再生混凝土中掺加矿物掺合料能够改善新、旧双界面从而提高抗压强度和劈裂抗拉强度,掌握多个因素的影响和作用对再生骨料和再生混凝土进一步研究和应用具有重要意义。     

基于正交试验的掺CWCPM的小型混凝土配合比优化设计

为提高建筑垃圾废砖再生利用率,将废旧粘土砖磨细成粉,并与其他工业废渣复合形成建筑垃圾复合粉体材料(Construction waste composite powder materials,以下简称CWCPM)。采用正交试验设计方法对掺CWCPM的C20~C30小型混凝土预制构件配合比进行试验研究,探讨水灰比、CWCPM掺量和砂率对混凝土工作性和力学性能的影响,并推荐了混凝土较优配合比。同时,借助XRD微观测试手段研究CWCPM对混凝土微观性能的影响。结果表明,水灰比仍是影响混凝土工作性与抗压强度的主要因素,其次为CWCPM掺量,砂率对混凝土各项性能的影响最小,CWCPM掺量对混凝土90d抗弯拉强度的影响最为显著。微观测试结果表明,CWCPM掺入后并未生成新的水化产物,但改变了水泥基材料的水化产物数量,进而影响混凝土的宏观性能。