碱激发矿粉/粉煤灰固化华南软土力学性能试验研究

作     者：武思结 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁仕华;王瑞春

授予年度：2022年

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

主      题：软土固化 碱激发 无侧限抗压强度 干湿循环 水稳定性 

摘      要：在我国华南滨海地区广泛分布着淤泥质软土,这类土工程性质不佳,含水量较高,承载力较低。在工程建设中遇到软土时,传统的物理固化处理方法在实际工程应用中受到限制,如成本过高,二次污染严重等。化学固化处理技术是指根据软土的特性外掺一定量固化剂,以改善软土的力学性能,现阶段使用最广泛的固化剂是水泥,但其生产过程存在严重的环境问题。碱激发胶凝材料是一种新型无机类固化剂,具有绿色环保的特点,本文尝试用碱激发胶凝材料替代水泥对华南软土进行固化。本文选取华南地区淤泥质软土作为研究对象,选用硅酸钠为碱激发剂分别激发矿粉和粉煤灰两种固化剂的潜在活性对软土进行固化,采用静压法进行制样并养护至设定龄期后进行一系列试验。通过无侧限抗压强度试验评估不同配合比下固化土的强度特性,通过水稳定性试验和干湿循环试验评估固化土的稳定性和耐久性。将破坏后的土样烘干粉碎后进行X射线衍射试验和电子显微镜扫描试验探究软土固化前后的矿物成分和微观结构变化。本文的主要研究内容及得到的主要研究结论如下:(1)单掺矿粉对软土的固化效果有限,单掺粉煤灰甚至会导致试样强度降低,加入硅酸钠激发固化剂活性对固化试样的强度提高有明显影响,强度随着硅酸钠掺量的增加而逐渐提高。碱激发矿粉固化试样的最大强度值可以达到0.85MPa,比单掺矿粉固化试样的最大强度值高了155%;碱激发粉煤灰固化试样的最大强度值为0.483MPa,比单掺粉煤灰固化试样的最大强度高了70.7%。通过对比可以发现碱激发矿粉固化试样的强度较高,固化效果更好。通过微观试验可以观察到在固化土试样中生成了胶凝物质胶结在土颗粒间,这种胶凝物质为水化产物C-(A)-S-H。(2)在水稳定性试验中,低硅酸钠掺量配合比下的试样,在浸水24h内全部出现不成形崩解的现象,水稳定性极差。其余配合比下的试样,随着浸水龄期的增加,应力峰值逐渐增大,无侧限抗压强度逐渐增加,水稳定性较好;其中G20S4配合比下的试样在浸水40d后达到了最大强度值1.933MPa。(3)10%矿粉掺量下的试样在3次干湿循环内全部崩解,耐久性极差。其余配合比下的试样经过干湿循环试验后质量损失率进行分析研究,结果表明:所有试样的累计相对质量损失率均在破坏标准值(30%)内,符合相关规范要求。综合来看,G20S3和G20S4的干湿循环耐久性比较好,而G15S3、G15S4、G20S2的耐久性较差,不适宜应用在干湿环境交替比较多的岩土工程中。