煤气化粗渣改良季节冻土区黄土填料的冻融特性及其微观机理研究

作     者：武立波 杨嘉伟 刘惠阳 陈宏信 WU Libo;YANG Jiawei;LIU Huiyang;CHEN Hongxin

作者机构：宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 

出 版 物：《冰川冻土》 (Journal of Glaciology and Geocryology)

年 卷 期：2024年第46卷第3期

页      面：930-943页

核心收录：

学科分类：07[理学] 08[工学] 0705[理学-地理学] 070501[理学-自然地理学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41961011) 2023年度宁夏回族自治区留学回国人员创新项目“煤基固废改良黄土的力学性能和抗冻性研究” 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室开放基金项目(KLE-TJGE-B2302)资助 

主　　题：季节冻土区 煤气化粗渣 黄土 路基填料 冻融特性 微观机理 

摘      要：由于周期性的冻融循环作用,中国西北黄土区路基工程极易发生冻融病害,常用的解决方法是用改良黄土作为路基填料。目前工业废弃物改性不良路基土已成为工程地基改良处理的新趋向,鉴于西北地区煤气化渣堆存量巨大且资源化利用率低,尝试用煤气化粗渣改良季节冻土区黄土,以素黄土与单掺石灰改良黄土作为对比试验组,通过室内冻融循环试验、电镜扫描、CT扫描试验来探究在冻融循环条件下煤气化粗渣改良黄土的冻融特性及其微观机理,为季节冻土区黄土路基工程稳定性及煤气化渣资源化利用提出一些新的思考。试验结果表明:(1)经历1次与2次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率为0.02%与0.29%,融沉系数为0%与0.05%,素黄土、单掺4%石灰试验组的冻胀率分别为0.43%与0.63%、0.38%与0.42%,融沉系数分别为0.26%与0.22%、0%与0.13%,但在经历3次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率和融沉系数开始增大,5次冻融循环周期内的平均冻胀率和融沉系数分别为0.38%与0.17%,已接近甚至大于素黄土与单掺4%石灰试验组的数值。在前两次冻融循环周期内,平均冻胀率和融沉系数较素黄土组分别减小了70.8%和89.6%。(2)单掺15%煤气化粗渣试样各位置的温度梯度最小,其次是双掺煤气化粗渣与石灰试样,并且这两组试样正负温条件下的导热系数最小。(3)经过5次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试样各高度的含水率最低。(4)单掺适量的煤气化粗渣在冻融循环的初期能明显地改善黄土的冻融特性,再掺入少量的石灰能使试样在冻融循环前后的孔隙率较素黄土分别降低41.5%与47.8%。总的来说,黄土中掺入煤气化粗渣在冻融循环次数少于3次时能改善黄土路基填料的寒区服役性,但其在更多次冻融循环条件下的冻融特性还需进一步研究。