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矿渣-水泥与磷石膏-水泥固化软土力学特性对比研究

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中国港湾建设 2024年第3期44卷 44-50页

作者：陈浩中国铁建港航局集团有限公司总承包分公司广东珠海519000

为优化工业废渣在软土固化中配置,选用磷石膏与矿渣替代部分水泥,通过无侧限抗压强度与海水浸泡试验对比分析初始含水率、工业废渣掺量、养护龄期及海水侵蚀对工业废渣-水泥固化土强度特性影响。结果表明:磷石膏-水泥固化土抗压强度随... 详细信息

为优化工业废渣在软土固化中配置,选用磷石膏与矿渣替代部分水泥,通过无侧限抗压强度与海水浸泡试验对比分析初始含水率、工业废渣掺量、养护龄期及海水侵蚀对工业废渣-水泥固化土强度特性影响。结果表明:磷石膏-水泥固化土抗压强度随养护龄期延长而提高,随磷石膏掺量和初始含水率增加而降低;矿渣-水泥固化土抗压强度随养护龄期延长而提高,更适应较高初始含水率软土,随初始含水率及矿渣掺量先增加后减小。海水浸泡后,磷石膏-水泥固化试样因磷石膏掺量增加更易遭受侵蚀,表现为更严重的开裂现象与强度损失;矿渣-水泥固化软土更耐受海水侵蚀,各掺量下固化试样均未开裂,且海水浸泡导致的强度损失随矿渣掺量增加呈减小趋势。

关键词：磷石膏矿渣固化软土强度特性耐久性

煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料固化软土的试验研究与应用

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煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料固化软土的试验研究与应用

作者：李剑锋广州大学

学位级别：硕士

软土地基处理的传统固化材料是水泥和石灰,生产过程中不仅消耗过多能源,而且存在二氧化碳排放过多和环境污染等问题。另外,堆积量巨大的工业废料煤矸石和电石渣综合利用率较低,存在占用土地、处理成本高和二次污染等问题。基于上述问题... 详细信息

软土地基处理的传统固化材料是水泥和石灰,生产过程中不仅消耗过多能源,而且存在二氧化碳排放过多和环境污染等问题。另外,堆积量巨大的工业废料煤矸石和电石渣综合利用率较低,存在占用土地、处理成本高和二次污染等问题。基于上述问题,本研究首先提出电石渣有助于煤矸石在较低浓度的碱激发溶液中,制备高强度地聚物胶凝材料的假设。其次,通过对其强度特性和微观机理的研究,论证了该假设的合理性。最后,将其运用于软土地基的固化处理,为新型低碳材料替代水泥或石灰用于软土地基处理提供科学依据,也对煤矸石和电石渣的固废资源化提供重要的理论支撑,主要研究内容如下:(1)煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料的强度特性研究:基于抗压强度试验,论证了电石渣在较低碱性条件下激发煤矸石制备高强度地聚物胶凝材料的假设,并明晰了电石渣含量、碱激发溶液质量比(Na OH:NaSi O)、液固比(L/(CG+CCR))和养护龄期等因素对地聚物胶凝材料的强度发展规律以及确定了材料的最优配比。试验结果表明:电石渣含量存在一个优值,例如在28天养护龄期下,与纯煤矸石地聚物胶凝材料相比,20%电石渣含量的煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料可以取得最高强度,为44.4 MPa,约提高了327.6%。经过综合分析,结合经济成本和施工可操作性,确定最优配比为电石渣含量20%、Na OH:NaSi O=50:50和L/(CG+CCR)=0.5。(2)煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料的微观机理研究:通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、压汞法(MIP)和场发射扫描电镜(SEM)等微观试验,揭示了煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料,在成分增补与激发过程中的内在机制以及强度发展的微观机理。研究表明:影响地聚物胶凝材料强度发展的微观机理,包括矿物成分、物相转化、热稳定性、孔隙分布和微观结构均与电石渣含量和养护龄期有关。其次,电石渣可以有效促进聚合反应速率,使凝胶性反应产物(例如N-A-S-H和C-A-S-H)快速增加,进而细化孔径和降低孔隙率,是地聚物胶凝材料抗压强度显著提高的本质原因。(3)煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料固化软土的力学特性研究:以上述煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料强度特性和微观机理研究为基础,选取煤矸石-电石渣地聚物胶凝材料的最优配比,开展地聚物胶凝材料固化土的固结不排水试验研究。结果表明:地聚物胶凝材料固化软土的力学特性,易受地聚物胶凝材料掺入量、围压应力、初始含水率、混合搅拌方法和养护龄期等因素的影响。其次,剪切破坏面是地聚物胶凝材料固化软土试样应变软化和脆性表现的宏观特征,与地聚物胶凝材料掺入量和初始含水率有关。另外,地聚物胶凝材料可有效提高软土的抗剪强度,两者近似于指数型关系。当掺入量为15%时,固化软土试样的破坏强度开始超过1 MPa,满足实际工程需求。

关键词：煤矸石电石渣地聚物胶凝材料固化软土强度微观机理力学特性

硅灰-电石渣固化软土力学特性及抗冻性能研究

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硅灰-电石渣固化软土力学特性及抗冻性能研究

作者：方季圆绍兴文理学院

学位级别：硕士

电石渣和硅灰作为废弃量巨大的工业固废,如何合理处理和利用是当前丞待解决的问题。采用电石渣和硅灰对滨海软土进行改性,能提高电石渣和硅灰的综合利用率,同时改善滨海软土的性能。考虑到气候环境的变化,探讨冻融循环下硅灰-电石渣固... 详细信息

电石渣和硅灰作为废弃量巨大的工业固废,如何合理处理和利用是当前丞待解决的问题。采用电石渣和硅灰对滨海软土进行改性,能提高电石渣和硅灰的综合利用率,同时改善滨海软土的性能。考虑到气候环境的变化,探讨冻融循环下硅灰-电石渣固化软土的力学性能具有重要意义。本文以电石渣含量8%的绍兴地区滨海软土为研究对象,考虑6组硅灰掺量（0%、3%、5%、7%、9%和11%）,采用无侧限抗压强度试验、不固结不排水三轴试验和固结压缩试验对不同硅灰掺量和养护龄期下硅灰-电石渣固化软土（CF）的抗压强度、抗剪强度和压缩特性进行研究,期望得到硅灰的最优掺量。为探究冻融循环对固化软土的影响,对最优配合比试样冻融循环1、3、5和7次后进行无侧限抗压强度试验、不固结不排水三轴试验和固结压缩试验,探究冻融循环下CF试样的力学性能。与此同时,结合扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）,分析不同硅灰掺量和冻融循环次数下CF试样力学性能影响的微观机理。主要研究结论如下:（1）无侧限抗压强度试验表明,掺入硅灰可以提高CF试样的抗压强度。在相同养护龄期下,CF试样的抗压强度随着硅灰掺量的增加而增加,增长幅度在10%～60%之间。当硅灰掺量为5%时试样的抗压强度、破坏应变、变形模量和残余强度的提升效果最明显。虽然冻融循环会导致CF试样抗压强度的降低,但硅灰的掺入可以削弱这种劣化作用。（2）不固结不排水三轴试验表明,CF试样的破坏偏应力随着硅灰掺量的增加而增加,在5%掺量下增幅最大。硅灰掺后CF试样的内摩擦角度基本稳定在24°～26°,最大增长幅度为17%。而黏聚力在200～336k Pa之间波动,最大增长幅度为56%,说明抗剪强度的提升主要依靠黏聚力的提升。当硅灰含量为5%时,CF的黏聚力增幅达到最大。随着冻融循环次数的增加,CF0和CF5的破坏偏应力不断减小。冻融循环后CF0和CF5的黏聚力下降幅度较大,说明抗剪强度的下降主要是由于黏聚力的衰减。（3）固结压缩试验表明,硅灰的掺入可提高CF试样的抗压缩性能,且随着龄期的增长土体的抗压缩性能进一步提升。根据压缩变形量和硅灰掺量之间关系,可建立硅灰掺量与压缩变形量之间的经验公式,可为CF在实际工程中的应用提供理论参考。冻融循环后CF5的孔隙比相较CF0偏低,说明硅灰掺入后试样更具抗冻性。（4）微观测试表明,随着硅灰的掺入,活性Si O与Ca（OH）反应生成大量C-S-H凝胶体,这些胶凝物质具有较强的胶结作用。冻融循环后,土壤中的自由水在固态和液态之间相互转化,大团聚体逐渐冻结损伤成为小颗粒,颗粒之间胶结能力减弱,从而导致CF试样抗压、抗剪和抗压缩性能的劣化。综上所述,硅灰掺入CF试样中能有效提高的抗压、抗剪强度和抗压缩性能,同时降低冻融循环对CF试样的劣化作用,从增长幅度考虑硅灰最佳掺量为5%。研究结论可为硅灰、电石渣与滨海软土的有效利用提供参考。

关键词：固化软土电石渣硅灰冻融循环力学性能微观机理

废弃钢渣的硅系与复合系激发及其在固化软土中的应用

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废弃钢渣的硅系与复合系激发及其在固化软土中的应用

作者：赵余东南大学

学位级别：硕士

我国每年有大量钢渣产出,对其利用却不高效。其原因是钢渣成分存在缺陷,胶凝特性不明显。本研究从钢渣的潜在胶凝特性出发,分析钢渣成分缺陷,对钢渣进行成分增补与活性激发,在钙系激发的基础上拓展了了硅系激发与复合系激发两种技术,制... 详细信息

我国每年有大量钢渣产出,对其利用却不高效。其原因是钢渣成分存在缺陷,胶凝特性不明显。本研究从钢渣的潜在胶凝特性出发,分析钢渣成分缺陷,对钢渣进行成分增补与活性激发,在钙系激发的基础上拓展了了硅系激发与复合系激发两种技术,制成钢渣复合基材,并将之用于软土加固中。具体研究内容如下:(1)分析钢渣与水泥化学成分差异,以偏高岭土补充钢渣所缺的活性铝相,完成成分增补,以硅系激发剂水玻璃和钙硅铝复合系激发剂水泥对钢渣进行成分增补与活性激发,制成钢渣复合基材,探究强度变化规律,讨论率值与强度关系,并对比不同激发系的复合基材率值。试验结果表明,硅系激发钢渣复合基材最优配比为水玻璃:偏高岭土:钢渣=35:10:90,其强度可达19.8MPa,率值为硅率SM=2.7,铝率IM=0.76,石灰饱和系数KH=0.30。复合系激发钢渣复合基材最优配比为水泥:偏高岭土:钢渣=50:15:85,强度达41.3MPa,率值为SM=2.08,IM=1.3,KH=0.41,其中SM和IM与钙系激发钢渣复合基材最优配比率值(SM=2,IM=1.4)高度一致,这一规律对不同产地的钢渣配比设置具有重要的参考意义。经过综合考量,确定钢渣复合基材最优配比为水泥:偏高岭土:钢渣=50:15:85。(2)利用微观测试技术,测定钢渣复合基材孔隙变化规律、水化产物类型与形态,以此为基础,结合化学式反应来解释激发机理。试验表明,不同激发系的钢渣复合基材均有生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C-A-H)与水化硅铝酸钙(C-A-S-H),复合系激发钢渣复合基材还会生成钙矾石。硅系激发钢渣复合基材水化产物多为粒状C-S-H和钢渣颗粒内部生成的C-S-H,而复合系激发钢渣复合基材水化产物以网状C-S-H和钢渣颗粒内部生成的C-S-H为主,网状C-S-H最为发育,将材料各部分紧密联结,发展至钢渣内部的C-S-H,说明钢渣参与了反应。水化产物大量生成,大孔隙减少,而水化产物内部的毛细孔隙数量增加,使得钢渣复合基材强度保持稳定增长。(3)关于钢渣复合基材中激发剂与偏高岭土(成分增补材料)的用量,考虑到强度、微观结构、水化物的生成等因素,水玻璃:偏高岭土与水泥:偏高岭土均在3:1时,材料各方面性能最优。(4)以钢渣复合基材最优配比水泥:偏高岭土:钢渣=50:15:85固化软土,掺量在20%时,强度可达1.2MPa,且其强度随含水率的增加而降低;用于50cm干法搅拌桩中,材料成本低廉,不仅满足工程中对水泥土搅拌桩的强度要求,还能大幅度降低工程造价。

关键词：钢渣成分增补活性激发微观结构固化软土

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脱硫石膏-地聚合物固化软土的抗压强度

浙江理工大学学报（自然科学版） 2023年第1期49卷 140-147页

作者：张子龙吴大志陈柯宇王均益浙江理工大学建筑工程学院杭州310018

采用脱硫石膏-地聚合物作为固化剂固化软土,通过强度试验研究在不同硅铝原料配比时,碱激发剂模数、含量和脱硫石膏的掺量对固化软土抗压强度的影响,并通过扫描电镜试验和X射线衍射试验分析固化软土的微观结构变化。结果表明:脱硫石膏-... 详细信息

采用脱硫石膏-地聚合物作为固化剂固化软土,通过强度试验研究在不同硅铝原料配比时,碱激发剂模数、含量和脱硫石膏的掺量对固化软土抗压强度的影响,并通过扫描电镜试验和X射线衍射试验分析固化软土的微观结构变化。结果表明:脱硫石膏-地聚合物可有效提高软土的抗压强度;碱激发剂的最佳模数和含量分别为0.8和6%;脱硫石膏对地聚合物固化软土的抗压强度有促进作用,硅铝原材料中含有30%矿渣的固化软土抗压强度提升幅度大于100%粉煤灰。地聚合物固化软土生成C-(A)-S-H和N-A-S-H胶结物,加入脱硫石膏后生成了钙矾石,两者共同作用是脱硫石膏-地聚合物提高固化软土抗压强度的主要原因。该研究结果可为地聚合物应用于实际工程中软土地基处理提供参考。

关键词：地聚合物脱硫石膏固化软土试验研究机理分析

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咖啡渣矿渣地聚合物固化软土的力学性能研究

湖南文理学院学报（自然科学版） 2020年第2期32卷 85-89页

作者：俞钧凯杨玉莹梁泽堃胡思昂王永芳征西遥吴俊上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620

为降低造价和碳排放量,通过研究地聚合反应结合有机质废弃物咖啡渣和工业废弃物矿渣制成软土固化剂的可能性,改良地聚合物水泥的性能,并对其效果进行评估。实验以废弃咖啡渣、矿渣为原料,氢氧化钠作为碱性激发剂,制备咖啡渣-矿渣基地聚... 详细信息

为降低造价和碳排放量,通过研究地聚合反应结合有机质废弃物咖啡渣和工业废弃物矿渣制成软土固化剂的可能性,改良地聚合物水泥的性能,并对其效果进行评估。实验以废弃咖啡渣、矿渣为原料,氢氧化钠作为碱性激发剂,制备咖啡渣-矿渣基地聚合物用于软土加固。研究不同咖啡渣掺量、水灰比和养护时间对固化软土的抗压强度和抗劈裂强度等力学性能影响。结果表明:在室温条件下使用30%固化剂掺量时,在矿渣基地聚合物固化剂中将5%矿渣用咖啡渣替代矿渣并采用0.6水灰比时,所得到的固化软土力学性能最优,28天无侧限抗压强度和抗劈裂强度分别为达到1.7 MPa和318.3 kPa。该软土固化剂强度优于水泥,在满足实际工程要求的同时,最大化利用了各类废弃物。

关键词：咖啡渣矿渣地聚合物固化软土力学性能

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天津滨海新区固化软土强度与微结构特征研究

天津城市建设学院学报 2008年第3期14卷 159-162页

作者：欧阳惠敏卢力强天津城市建设学院天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384

以天津滨海新区软土为研究对象,通过研究其固化后的无侧限抗压强度和微结构特征,分析其固化机理.添加剂的加入使得其孔隙变小,结构变得比较致密,固化后土体强度得到了一定提高.此外,对土的宏观力学性质与微结构特征之间的关系进行了探讨.

关键词：天津滨海新区固化软土无侧限抗压强度微结构固化机理

钢渣的硅系与复合系激发及其在软土固化中的应用

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中国公路学报 2018年第11期31卷 11-20页

作者：邓永锋赵余刘倩雯顾兴宇查甫生朱春东东南大学交通学院江苏南京210096 苏交科集团股份有限公司江苏南京210096 北卡罗来纳州立大学土木建筑与环境工程系北卡罗来纳罗利nc27616 合肥工业大学资源与环境学院安徽合肥230009 嘉兴市公路管理处浙江嘉兴314001

中国每年产出大量钢材,伴随而产生的副产品钢渣,因其利用率低而导致资源浪费和环境污染。为充分、高效地再生利用废弃钢渣,从提升钢渣的胶凝性出发,参考水泥组分的率值控制指标,采用偏高岭土对钢渣进行成分增补,以提高Al_2O_3和SiO_2含... 详细信息

中国每年产出大量钢材,伴随而产生的副产品钢渣,因其利用率低而导致资源浪费和环境污染。为充分、高效地再生利用废弃钢渣,从提升钢渣的胶凝性出发,参考水泥组分的率值控制指标,采用偏高岭土对钢渣进行成分增补,以提高Al_2O_3和SiO_2含量,开展水玻璃的硅系激发及水泥的复合系激发试验,制备得到钢渣型复合基材。净浆一定龄期后进行无侧限抗压强度试验,并尝试引入率值这一参数评价钢渣基材性能。结果表明:当水泥、偏高岭土和钢渣之间最优质量配比为50∶15∶85,水胶比为0.28时,复合基材的90 d强度可达41.5 MPa。复合系与钙系钢渣型基材的率值高度一致,可为不同初始成分的钢渣基材的标准化制备提供参考。采用XRD,SEM,MIP等多种微观测试技术探讨钢渣基材强度形成机理,发现钢渣基材水化产物为C-H,C-(A)-S-H和C-A-H等,其中网状C-S-H最为发育,各部分紧密联结,大孔隙减少,使得钢渣复合基材强度保持稳定增长。将钢渣基材用于软土加固中,当钢渣基材掺量为20%时,固化软土28 d龄期无侧限抗压强度可达1.2 MPa。固化土强度与似水灰比R成反比,给出了可用于预测钢渣基材固化土强度预测的经验表达式。

关键词：道路工程固化软土硅系与复合系激发试验钢渣强度形成微观结构

脱硫石膏钢渣无熟料水泥对软土固化效果的研究

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硅酸盐通报 2018年第12期37卷 3888-3891页

作者：沈建生徐亦冬游伟国浙江大学宁波理工学院土木建筑工程学院宁波315100

利用脱硫石膏钢渣无熟料水泥固化软土,既可以充分利用工业废渣,又能减少水泥的用量,保护自然资源。通过研究在不同掺入比和不同龄期时固化土的无侧限抗压强度,分析了掺入比、龄期对固化土强度的影响。试验结果表明,脱硫石膏无熟料水泥... 详细信息

利用脱硫石膏钢渣无熟料水泥固化软土,既可以充分利用工业废渣,又能减少水泥的用量,保护自然资源。通过研究在不同掺入比和不同龄期时固化土的无侧限抗压强度,分析了掺入比、龄期对固化土强度的影响。试验结果表明,脱硫石膏无熟料水泥固化早期强度较低,与水泥相比不同掺入比时随龄期的增长固化强度变化较大。当脱硫石膏钢渣无熟料水泥的掺入比较水泥的掺入比大5%时,在龄期达到28 d以后,其固化强度与水泥土的固化强度相当。

关键词：脱硫石膏钢渣无熟料水泥固化软土无侧限抗压强度