冻融循环下复合材料改性滨海软土固结特性及微观机理

作     者：朱倩莹 

作者单位：绍兴文理学院 

学位级别：硕士

导师姓名：李娜;方睿

授予年度：2020年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：固结压缩 冻融循环 水泥土 粉煤灰 纳米粘土 电镜扫描 

摘      要：沿海地区滨海软土分布较广,但基于软土的特殊性不易直接在软土地基上施工。目前最常用的改性滨海软土的方法是掺入水泥,水泥改性滨海软土简称滨海水泥土。研究改性后滨海软土的压缩变形、变形速率是至关重要的,而土的变形与固结是密不可分的,因此需对滨海软土的固结特性进行研究。考虑到部分地区冬季温度降至零下而春夏季温度升高的这一过程会对土产生冻融破坏,故进一步对冻融循环下复合材料改性滨海软土进行固结特性研究有着重要的意义。本文对水泥改性滨海软土即滨海水泥土(coastal cement soil,简称CCS)以及其他复合材料改性滨海软土包括粉煤灰改性滨海水泥土(coastal cement soil modified with fly ash,简称CCSF)和纳米粘土改性滨海水泥土(coastal cement soil modified with nano clay,简称CCSN)在恒温恒湿养护下以及冻融循环作用下的固结压缩特性进行研究。同时对CCS、CCSF、CCSN进行微观测试,以微观角度解释其宏观压缩特性。研究的主要内容和成果如下:(1)对恒温恒湿养护下养护龄期分别为7d、8d、10d、12d、14d、16d、18d的CCS、CCSF、CCSN进行固结压缩特性分析。同一养护龄期下,CCSF的抗压缩性能均优于CCS和CCSN。由于CCSF和CCSN的压缩量、变形率、压缩系数均小于CCS,可见用粉煤灰或者纳米粘土来提高滨海水泥土的抗压缩性能具有可行性。(2)研究CCS、CCSF、CCSN在恒温恒湿养护7d后进行1次、3次、5次、7次、9次、11次的冻融循环作用后的固结压缩特性。在冻融循环作用下,滨海水泥土中加入粉煤灰或者纳米粘土都能够使得改性滨海水泥的最终变形量有所减小,使其抗变形能力增强。相同冻融循环次数下,CCSN的变形量、变形率、压缩系数均小于CCS和CCSF,可见纳米粘土改性滨海水泥土效果较好。(3)对养护环境不同但总养护龄期相同的CCS、CCSF、CCSN的固结特性进行研究。试验结果表明,养护环境不同但总养护龄期相同时,冻融试样与未冻融试样之间的变形量差值随着冻融次数的增加而逐渐增大,冻融后期差值又开始慢慢减小。总龄期相同时,冻融循环作用下的CCS、CCSF、CCSN的压缩系数和压缩指数均大于恒温恒湿养护下的试样,压缩模量均小于恒温恒湿养护下的试样。总龄期相同时,经过冻融循环作用的试样的变形量、变形率以及压缩系数均大于恒温恒湿养护的试样。冻融前期对试样的破坏较为明显,试样变松散,体积膨胀。后期冻融循环对试样的破坏作用减弱。冻融次数相同时,总体来看CCSN的抗冻性能较优。CCSF、CCSN在冻融后的裂缝少于CCS,裂缝宽度也较小。(4)对冻融前后的CCS、CCSF、CCSN进行微观测试并分析其微观机理。微观测试发现,在冻融循环过后,所有试样的SEM图显示试样的颗粒较松散,致密程度较低。揭示了固结压缩试验中,冻融过后的试样的压缩性均大于未冻融的试样等一系列规律的原因。同时分析冻融前后CCS、CCSF、CCSN的EDS和XRD数据,发现试样在冻融循环作用后,有极少一部分试样成分会流失。微观测试结果反馈至固结试验结果,更好地解释了试样在不同环境下的固结特性。