地聚合物对水泥固化土强度的影响及其机理分析

采用无侧限抗压强度、电镜扫描(SEM)和压汞(MIP)等试验方法,分析研究了地聚合物—偏高岭土(metakaolin)对水泥土的力学强度的影响规律,探讨了其改善水泥土强度的机理,并根据现场测试验证了实用性和经济性。试验结果表明:地聚合物掺入水泥土后,水泥土的无侧限抗压强度得到了大幅度的提高,然而强度与地聚合物掺量之间并非单一线性增加关系,而是由活性区域和惰性区域组成,转折点对应的MK掺量为3%;微观试验结果表明地聚合物掺入能产生更多的胶结物,使水泥土结构更加致密;基于试验数据给出了地聚合物掺量与水泥土强度增长的评价公式。现场测试结果和工程造价分析均表明了地聚合物具有较大的工程实用性。     

铁尾矿砂水泥土强度特性及微观孔隙研究

为了提高固体废料的二次利用率，改善水泥土的力学性能，采用无侧限抗压强度试验和氮气吸附试验等试验方法，探究了铁尾矿砂对水泥土力学特性及微观孔隙的影响，试验结果表明：随着铁尾矿砂掺量的增加，水泥土的无侧限抗压强度呈先增加后减小的趋势，在铁尾矿砂20%～30%时抗压强度达到最大值；相同水泥掺量下，铁尾矿砂水泥土的比表面积随铁尾矿砂掺量的增加呈先增大后减小的趋势，在铁尾矿砂20%时，比表面积最大；铁尾矿砂水泥土的孔隙组成为：少量的微孔、大量的中孔以及一定数量的大孔；随着铁尾矿砂掺量和水泥掺量的增加，水泥土孔隙中的有害孔持续减小，少害孔持续增加，平均孔径减小。     

地下水对地聚合物改性水泥土的影响研究

偏高岭土(metakaolin,简称MK)是高活性的火山灰材料,常用来制作高性能的地质聚合物。以广东某变电站软基处理为依托,通过"MK+水泥"对软土固化试验研究,以抗压强度为指标,选其优掺范围(改性水泥土)同纯水泥土分别进行标准养护、水中浸养(模拟地下水工况)的固化效果对比,结果表明:掺有MK的组别相对纯水泥土在强度、渗透系数等力学性能上显得更加优异,且随着MK掺量的增加,其力学性能受地下水的影响越小,表明MK对水泥土强度和渗透性能的提升有一定潜能,且对环境适应性强,值得在工程中推广使用。针对地下水工况模拟下的纯水泥土和MK优掺组进行SEM电镜扫描试验,发现MK能改善土体的空间结构,使其更加密实。     

纳米SiO_2和PVA纤维增强地聚合物砂浆断裂能研究

为研究纳米Si O2和PVA纤维单掺和复掺两种情况下对地聚合物砂浆断裂性能的影响,通过预切口小梁三点弯曲试验,测得了试件的断裂能。结果表明:纳米Si O2和PVA纤维在一定用量范围内对地聚合物砂浆的抗压强度和断裂能有较大提升作用;在纤维体积掺量不大于0.8%时,PVA纤维掺量越大的试件抗压强度越高,当纤维体积掺量大于0.8%时,增大纤维掺量,试件抗压强度出现略微下降;当PVA纤维的体积掺量不超过1%时,地聚合物复合砂浆试件断裂能均随着PVA纤维掺量的增大而逐渐增加,超过1%后则随着纤维掺量的增加呈降低趋势;当纳米Si O2的掺量低于1.5%时,地聚合物砂浆和PVA纤维地聚合物砂浆试件抗压强度和断裂能均随着纳米Si O2掺量增加不断增大,而当掺量大于1.5%时随着纳米Si O2掺量的增加开始下降。     

聚乙烯醇改性混杂纤维水泥土强度特性分析

为研究聚乙烯醇(PVA)对纤维水泥土强度的影响规律和作用机制,将占水泥质量2%,5%,10%的PVA分别与聚丙烯纤维水泥土、玻璃纤维水泥土及二者混杂纤维水泥土混合均匀,共配制16组试样进行无侧限抗压强度试验,并采用扫描电镜(SEM)观察PVA掺入后水泥土的形态特征。结果表明,掺入2种纤维均可显著提高水泥土无侧限抗压强度。PVA掺量对纤维水泥土的强度有重要影响,随PVA掺量的增加,纤维水泥土无侧限抗压强度先增加后减小。在PVA掺量为5%时纤维的加筋作用达到最优,此时无侧限抗压强度最大。水泥及PVA的水化产物使纤维表面粗糙,从而改善界面的黏结特性; 2种纤维的混杂在一定程度上增加了水泥土的无侧限抗压强度,表现出一定的混杂效应,掺入PVA会对混杂系数产生重要影响。     

砂在水泥土搅拌桩处理淤泥质粉质粘土中的特性研究

鉴于无锡新锡澄路工程范围内淤泥质软土,通过试验及数值模拟从强度和变形2个角度对比分析了水泥土搅拌桩和水泥砂土搅拌桩2种方法的特性差异,研究得出:水泥掺量对水泥土的抗压强度有较大影响,且不同水泥掺量的水泥土抗压强度的差异随着养护龄期增加而增大;水泥土的抗压强度随着掺砂量的增加先增大后减小,在掺砂量为10%时,水泥砂土的抗压强度明显大于水泥土的抗压强度;通过FLAC3D软件模拟单桩在荷载下的沉降,得出在较大的荷载下,水泥砂土搅拌桩的沉降量小于水泥搅拌桩。     

玻璃纤维水泥土强度及抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

通过无侧限抗压强度试验,探究水泥、粉煤灰、玻璃纤维掺量、硫酸盐侵蚀对水泥土抗压强度的影响规律。研究发现:水泥掺量与水泥土抗压强度成正比关系。粉煤灰掺量适当时(不超过6%)可以提高水泥土抗压强度,粉煤灰对水泥土强度增长作用主要在于粉煤灰的微集料效应和活性效应。玻璃纤维掺量为0.2%时,水泥土抗压强度最高,玻璃纤维对水泥土强度的贡献主要在于玻璃纤维的加筋作用。受不同浓度Na2SO4溶液侵蚀作用后,随着侵蚀时间的延长,水泥土抗压强度均先提高后降低。     

基于活性氧化镁掺量的碳化砌块性能及机理研究

通过室内试验,研究了活性氧化镁掺量对碳化砌块抗压强度、微观特性和耐久性的影响.结果表明:3种活性氧化镁掺量(质量分数)下的砌块在碳化0~14d时,其抗压强度逐渐增加,在碳化14~28d时,其抗压强度略有降低,当活性氧化镁掺量为35%时,碳化砌块的抗压强度明显高于活性氧化镁掺量为15%和25%时;活性氧化镁的碳化产物主要是水碳镁石、水菱镁石和球碳镁石,活性氧化镁掺量越高,其碳化产物越多、砌块内部孔隙越小;活性氧化镁掺量为35%的试样耐久性最好.     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明：水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多, Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。     

不同水泥土力学性能试验研究

对不同龄期和不同水泥掺量的5种水泥土试样进行了无侧限抗压强度试验,得到了5种不同水泥土在不同水泥掺量和不同龄期时的无侧限抗压强度值及不同水泥土力学性能的规律。试验表明,水泥土在一定的水泥掺量范围内其抗压强度增加显著,超过此范围后,抗压强度增加幅度有限。水泥土龄期60d以前,水泥土强度增长较快,龄期60d后水泥土强度虽有所增加,但增长幅度不大。同时,对试验结果进行了回归分析,得到了不同龄期水泥土无侧限抗压强度的推算公式及水泥土无侧限抗压强度与水泥掺量、不同龄期水泥土无侧限抗压强度之比与水泥掺量之比和不同水泥掺量水泥土无侧限抗压强度之比与龄期之比间的推算公式。     

基于电化学阻抗谱的偏高岭土水泥性能研究

利用电化学阻抗谱、压汞法和抗压强度试验研究了偏高岭土(MK)水泥净浆从早期水化到养护28d的性能发展规律,分析了MK水泥净浆的电化学参数随养护龄期的变化规律,提出了1种同时考虑弥散效应和水泥净浆/电极界面扩散过程的等效电路模型,分析了电化学参数与抗压强度、孔结构参数的关系.结果表明:MK能够促进水泥净浆的水化进程;利用等效电路模型得到的MK水泥净浆电荷转移电阻R_(ct1)能够很好地反映MK水泥净浆的抗压性能;MK水泥净浆的孔隙率与电荷转移电阻R_(ct1)、高频区阻抗模数|Z|_1呈负相关关系.     

水泥加固酸污染土无侧限强度特征

污染土是利用水泥固化处理后,土体的强度得到提高。针对该项技术,采用水泥固化法处理酸污染土,通过两种试验方案,对水泥加固酸污染土的无侧限抗压强度特性进行研究。试验所用酸污染土用浓硫酸配置人工制备而成,并考虑了不同水泥掺量、不同硫酸浓度和不同龄期对水泥加固酸污染土强度的影响。试验表明:水泥固化酸污染土的强度与水泥掺量和硫酸含量有密切关系,二者共同作用决定其强度的变化。在一定硫酸浓度(2~16g/kg)条件下,伴随硫酸含量的升高,水泥掺量较低时,无侧限抗压强度整体呈明显下降的趋势;水泥掺量较高时,无侧限抗压强度呈缓慢上升的趋势。随着水泥掺量提高,土样的无侧限抗压强度达到峰值时所对应的硫酸含量也逐渐变大。     

水泥固化温州污染土的力学性质和微观结构特性

在不同水泥掺量和龄期条件下对NaCl、油脂、Pb(NO_3)_2污染的温州软土进行水泥固化处理后,土体的强度得到改善。为进一步得出水泥固化处理对于不同污染土的处理效果,对水泥固化稳定不同的污染土进行了无侧限抗压强度试验和微观结构研究。分析了不同污染物类型、污染物掺入量、水泥掺入量以及养护龄期对水泥固化污染土强度特性的影响以及不同污染物浓度下水泥固化土微观结构的差异。试验结果表明:NaCl在一定范围内促进了水泥固化土早期强度的提高;油脂使水泥固化土的强度明显降低,压缩性增大;Pb(NO_3)_2掺入到土体中后,水泥固化土的强度总体上略有降低,掺入量与强度之间大致呈线性关系。随着水泥掺入量及龄期的增加,水泥固化污染土的强度会有显著提高。扫描电镜(SEM)结果分析得出:由于污染物的作用,污染物浓度的增加使固化土中孔隙增多,结构变得疏松。     

含盐量与固化材料掺量对固化盐渍土抗压强度的影响

为解决滨海盐渍土的低强度和大变形问题,采用水泥、石灰、SH固土剂固化盐渍土,研究含盐量、固化材料掺量、养护龄期和浸泡用水对固化土抗压强度的影响.结果证实:含盐量大于1%,固化土抗压强度随含盐量的增加而减小;掺加水泥、石灰、SH固土剂均可提高土的强度和水稳性;随养护龄期的增加,固化土的抗压强度增加;石灰固化土和SH固土剂...     

Fabric changes induced by super-absorbent polymer on cement–lime stabilized excavated clayey soil

This paper studies the microstructure variation induced by super-absorbent polymer (SAP) to understand the mechanism of macroscopic strength improvement of stabilized soil. The fabric changes of cement–lime stabilized soil were analyzed with respect to the variation of SAP content, water content, lime content and curing time, using mercury intrusion porosimetry (MIP) tests. It can be observed that the delimitation pore diameter between inter- and intra-aggregate pores was 0.2 μm for the studied soil, determined through the intrusion/extrusion cycles. Experimental results showed that fabric in both inter- and intra-aggregate pores varied significantly with SAP content, lime content, water content and curing time. Two main changes in fabric due to SAP are identified as: (1) an increase in intra-aggregate pores (<0.2 μm) due to the closer soil–cement–lime cluster space at higher SAP content; and (2) a decrease in inter-aggregate pores represented by a reduction in small-pores (0.2–2 μm) due to the lower pore volume of soil mixture after water absorption by SAP, and a slight increase in large-pores (>2 μm) due to the shrinkage of SAP particle during the freeze–dry process of MIP test. Accordingly, the strength gain due to SAP for cement–lime stabilized soil was mainly due to a denser fabric with less inter-aggregate pores. The cementitious products gradually developed over time, leading to an increase in intra-aggregate pores with an increasing proportion of micro-pores (0.006–0.2 μm). Meanwhile, the inter-aggregate pores were filled by cementitious products, resulting in a decrease in total void ratio. Hence, the strength development over time is attributable to the enhancement of cementation bonding and the refinement of fabric due to the increasing cementitious compounds.     

硫酸盐渍土水泥加固盐胀抑制剂研究

硫酸盐渍土具有遇水溶陷、强度降低、盐胀-冻胀的特性,而传统加固材料如水泥、石灰等,由于SO_4~(2-)与水泥反应生成Aft·32H_2O,造成加固体膨胀、强度损失及耐久性降低。针对上述问题,利用自主研发的抗盐胀固化剂与水泥复配对盐渍土进行改良,探讨含盐量和固化剂对固化土膨胀性与力学性能的影响。试验结果表明,固化剂SD抑制膨胀、维持强度的能力优于纯水泥,在2%含盐量时,膨胀率降低65.2%~83.4%,抗压和抗折强度分别提高2~6倍;含盐量为5%时,膨胀率降低88.5%以上,抗压和抗折强度提高1.6~4.7倍。试验表明,在中盐渍土加固中,低掺量抑制膨胀性强;强盐渍土中,高掺量抑制膨胀率强。通过盐溶液稳定性试验和冻融试验对膨胀性进行了探讨,固化剂能够有效提高加固土的抗膨胀性,降低强度的损失率;在抗冻稳定性上,对冻胀有一定抑制作用,而对强度的稳定作用一般,表现为温度相应"迟滞"。     

水泥土搅拌桩止水帷幕工程特性研究

水泥土搅拌桩作为基坑止水帷幕已经得到了广泛应用,为了更深入的理解作为止水帷幕的水泥土的工程特性,通过对不同水泥掺入量的水泥土无侧限抗压强度和渗透系数的室内试验研究,利用CBR-1承载比试验仪和TSS-2柔性壁三轴渗透仪对水泥土进行了无侧限抗压强度和渗透试验,分析了养护龄期及水泥掺入量对水泥土的无侧限抗压强度和渗透系数的影响。试验结果表明,水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期和水泥掺入量的增大而增大,并通过曲线的拟合,得出了无侧限抗压强度的预测公式;渗透系数随养护龄期和水泥掺入量的增大而减少,通过数据对比得出28天之后水泥土渗透系数主要是受水泥掺入量的影响。     

南阳中膨胀土水泥改性的室内试验研究

取南水北调中线工程南阳段自由膨胀率77%的中膨胀土,开展了一系列不同水泥掺灰率和不同龄期下,压实度为98%试样的物理力学特性试验。通过对素膨胀土与改性膨胀土的胀缩性、界限含水率、级配及无侧限抗压强度的对比,揭示了掺灰率及养护龄期对膨胀土改性效果的影响。试验结果表明:(1)随掺灰率的增加,改性膨胀土的胀缩性指标及反映黏土亲水性的液限和塑性指数均降低、胶粒含量减小、级配曲线随趋于平缓、无侧限抗压强度和弹性模量增加;合理的掺灰率应取6%;(2)随养护龄期的增加,胀缩性指标、液限、塑性指数、胶粒含量减小,无侧限抗压强度和弹性模量则增大。     

Metakaolin concrete at a low water to binder ratio

This paper investigates the performance of concrete containing metakaolin (MK) at a low water to binder ratio of 0.3. Portland cement (PC) was partially replaced with 0–20% MK. Testing included, compressive strength, ultrasonic pulse velocity (V), dynamic modulus of elasticity (E_d) and length change. Specimens were either cured in water or in air at 20 °C. The results indicate that the performance of MK concrete at low water to binder ratio is not different from that at higher water to binder ratios reported in a previous investigation. The maximum contribution of MK to strength occurs at 14 days of curing in that the relative strength of MK concrete shows a maximum value at that curing time as found in a previous investigation. The optimum replacement level of cement with MK is about 15%. Linear relationship exists between V and E_d for air cured and water cured specimens. A systematic increase in MK content of up to at least 20% leads to a decrease in shrinkage and an increase in expansion after 56 days of curing. Correlation between the various properties is also conducted.     

Analysis of strength development in cement-stabilized silty clay from microstructural considerations

This paper analyzes the strength development in cement-stabilized silty clay based on microstructural considerations. A qualitative and quantitative study on the microstructure is carried out using a scanning electron microscope, mercury intrusion pore size distribution measurements, and thermal gravity analysis. Three influential factors in this investigation are water content, curing time, and cement content. Cement stabilization improves the soil structure by increasing inter-cluster cementation bonding and reducing the pore space. As the cement content increases for a given water content, three zones of improvement are observed: active, inert and deterioration zones. The active zone is the most effective for stabilization where the cementitious products increase with cement content and fill the pore space. In the active zone, the effective mixing state is achieved when the water content is 1.2 times the optimum water content. In this state, the strength is the greatest because of the highest quantity of cementitious products. In the short stabilization period, the volume of large pores (larger than 0.1 μm) increases because of the input of coarser particles (unhydrated cement particles) while the volume of small pores (smaller than 0.1 μm) decreases because of the solidification of the cement gel (hydrated cement). With time, the large pores are filled with the cementitious products; thus, the small pore volume increases, and the total pore volume decreases. This causes the strength development over time.