矿渣基地聚合物固化淤泥及其在氯盐干湿循环作用下的力学性能研究

作     者：于凯 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢永利;范祥

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0814[工学-土木工程] 

主      题：固化淤泥 矿渣基地聚合物 氯盐干湿循环 无侧限抗压强度 侵蚀机理 

摘      要：地聚合物作为一种新型的绿色土壤固化剂,具有强度高、耐久性好、碳排放少等优点,其中矿渣是一种常用的地聚合物前驱物。因此,对矿渣基地聚合物固化淤泥的强度与耐久性研究具有重要意义。本文先研究了碱固比、养护龄期及碱激发剂种类对固化淤泥强度的影响。然后将Na OH(NO)、NaSiO(NS)、电石渣(CS)作为碱激发剂激发的矿渣基地聚合物固化淤泥养护到一定龄期,在蒸馏水和NaCl溶液中进行干湿循环试验。研究固化淤泥干湿循环后无侧限抗压强度及微观形态,发现如下规律:(1)NO、NS和CS 3种固化淤泥最佳碱固比均为0.2,NO固化淤泥碱固比低于或高于0.2时,均会导致强度降低。而NS固化淤泥碱固比低于0.2时强度明显降低,碱固比高于0.2时,强度与0.2时几乎保持一致。CS固化淤泥碱固比低于0.2时强度降低,高于0.2时仅对前期强度提升有一定作用,对固化淤泥后期强度提升无明显作用。(2)7d的NO、NS、CS固化淤泥强度随着干湿循环次数的增加先增大后减小,14d的NO、CS固化淤泥强度随着干湿循环次数的增加先增大后减小,14d的NS固化淤泥强度随着干湿循环次数的增加而减小,28d的NO、NS、CS固化淤泥在干湿循环的作用下,强度均随着干湿循环次数的增加而降低。28d的3种固化淤泥干湿循环30次后,NS强度损失率最大,NO次之,CS最小。(3)以质量损失率、变形模量损失率和强度损失率为评估指标,用灰色关联理论对氯盐干湿循环作用下矿渣基地聚合物固化淤泥耐久性进行综合评估,灰色关联度计算结果表明,固化淤泥耐久性随干湿循环次数的增加而降低,3种固化淤泥在干湿循环侵蚀作用下的耐久性从大到小排列为:CSNONS。(4)从干湿循环后3种固化淤泥的破坏特征可以看出,NO固化淤泥经过30次干湿循环后表面较为完好,几乎没有裂缝和表皮脱落现象。循环30次后的NS固化淤泥表面出现的许多细小裂缝,并且在蒸馏水中循环的试样表面裂缝比在NaCl溶液中循环的试样表面裂缝更多。CS固化淤泥循环30次试样表面有表皮脱落。(5)SEM和XRD扫描电镜结果表明,矿渣基地聚合物内部生产了无定型凝胶C-A-S-H和N-A-S-H,凝胶使固化土土颗粒之间连接更紧密,结构也更加密实。干湿循环后的土体内部结构略微松散,并且产生了裂缝和孔隙,在NaCl溶液中循环的固化土中发现了Friedel’s盐和NaCl结晶。