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埃塞俄比亚黑棉土胀缩特性及大气影响深度研究

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铁道工程学报 2014年第4期31卷 46-50页

作者：赵平徐正宣唐林曾德礼中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

研究目的:埃塞俄比亚在建亚的斯亚贝巴至吉布提铁路Sebeta-Dire Dawa段,地处东非大裂谷内,为火山喷发物覆盖,地表广泛分布黑棉土,多具强膨胀性,对铁路工程影响大。黑棉土的胀缩特性及大气影响深度直接影响路基设计措施和路堑换填深度,... 详细信息

研究目的:埃塞俄比亚在建亚的斯亚贝巴至吉布提铁路Sebeta-Dire Dawa段,地处东非大裂谷内,为火山喷发物覆盖,地表广泛分布黑棉土,多具强膨胀性,对铁路工程影响大。黑棉土的胀缩特性及大气影响深度直接影响路基设计措施和路堑换填深度,进而影响工程设计质量和投资。因此,有必要对黑棉土的胀缩特性及大气影响深度进行研究,为黑棉土地段路基设计提供依据。研究结论:(1)埃塞俄比亚黑棉土天然密度、干密度小,天然孔隙比大,自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量高,含有机质(灼烧失量),多具强膨胀性等特性;(2)埃塞俄比亚雨季黑棉土在荷载作用下主要表现为压缩,旱季地表土在浸水条件下具有较强的膨胀性;(3)埃塞俄比亚黑棉土(膨胀土)地区大气影响深度为3.5 m,大气影响急剧层深度为1.6 m;(4)本文对埃塞俄比亚类似工程项目的地质勘察和路基设计具有一定的参考意义。

关键词：黑棉土胀缩特性大气影响深度

黑棉土矿相分析及用于制备泡沫陶瓷的实验研究

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黑棉土矿相分析及用于制备泡沫陶瓷的实验研究

作者：史建周吉林大学

学位级别：硕士

随着“一带一路”等国家战略的提出,中国海外援建工程已突破3000个。以援非路桥建设为例,经常遇到水化高膨胀土壤带来的工程问题。典型膨胀土是黑棉土(BCS),此土“遇水膨胀、脱水收缩”,自由膨胀率在某些地区高达160%。本文针对肯尼亚... 详细信息

随着“一带一路”等国家战略的提出,中国海外援建工程已突破3000个。以援非路桥建设为例,经常遇到水化高膨胀土壤带来的工程问题。典型膨胀土是黑棉土(BCS),此土“遇水膨胀、脱水收缩”,自由膨胀率在某些地区高达160%。本文针对肯尼亚内罗毕拟建南环线公路路基BCS,首先通过矿物学分析,给出其粘土含量,获取其高膨胀性原因;然后基于BCS,通过掺入当地的丰富资源——泡沫玄武岩,即火山灰,亦采用了吉林柳河玄武岩作为骨料,通过煅烧工艺,制取轻质、高强泡沫陶瓷。本工艺为开发类似高粘土含量的膨胀土提供了一种解决方案。实验中首先对肯尼亚BCS进行定向片X射线衍射衍射(XRD)分析,确定黑棉土粘土物相为绿脱石、蒙脱石、绿泥石和绿蒙混层矿物,XRD精扫图谱可知其中非粘土矿物相主要为石英和长石。针对黑棉土XRD精扫图谱第一和第三特征峰,加以洛伦兹高斯分峰拟合,获取各粘土矿物相含量。通过焦硫酸钠熔融法分离了黑棉土中粘土与非粘土矿物,获得两者相对比例,分析可知,非粘土矿物相总含量约为19%。为验证这一结果的准确性,对黑棉土原土进行化学全岩分析、微区电子探针分析(EPMA),并测定BCS阳离子交换量(CEC)、烧失量等数据,结合文献中各矿物相的物化数据,建立回归方程组,基于氧化物组分(SiO、AlO、FeO等主要含量)以及CEC、烧失量的线性拟合,获取黑棉土各矿物相含量为17.3%,蒙脱石10.9%,绿泥石21.7%,绿蒙混层矿物31.9%,石英10.18%,长石8.36%,上述两种方法的矿物含量分析结果与实验结果吻合的很好,故本论文提供了内罗毕南环线BCS的定量化矿物学数据。以黑棉土为原料,掺杂泡沫玄武岩,利用烧结法制备泡沫陶瓷。研究发现,碳酸钙为发泡剂,氢氧化钠为助熔剂,水玻璃为粘结剂,最优原料配比为黑棉土:玄武岩=7:3,碳酸钙加入量为0.2wt%,氢氧化钠加入量为13wt%,水玻璃加入量为15wt%,烧结温度为850°C,保温30min,可制得泡沫陶瓷制品。其各项物理性质分别为,导热系数0.057W/(mk),抗压强度1.89MPa,体积密度为0.57g/cm,显气孔率为74.2%,吸水率为16.8%。各项性能均达到相应国家和行业标准(GB/T33500-2017,L型、ASTM C552-14,Grade24、JC/T 647-2014,最优级)。XRD分析发现,烧结后晶相只有单一霞石物相,SEM和偏光显微分析显示产品内部孔道结构均匀,孔壁相对较厚,孔径约为1μm。

关键词：黑棉土矿物相分析定量分析泡沫陶瓷保温材料

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黑棉土膨胀性降低及吸附材料、轻质砖的制备

黑棉土膨胀性降低及吸附材料、轻质砖的制备

作者：黄金秋吉林大学

学位级别：硕士

黑棉土是由2:1型层状结构的蒙脱石构成,且含量较高,一般可达到70%,导致其具有吸水膨胀、失水收缩的特性,且膨胀性较高。同时又具有许多其他优异的性能,包括高的阳离子交换量和良好的有机物吸附特性等。黑棉土分布广泛,储量丰富,但对其... 详细信息

黑棉土是由2:1型层状结构的蒙脱石构成,且含量较高,一般可达到70%,导致其具有吸水膨胀、失水收缩的特性,且膨胀性较高。同时又具有许多其他优异的性能,包括高的阳离子交换量和良好的有机物吸附特性等。黑棉土分布广泛,储量丰富,但对其应用的研究尚很少。作为路基材料,由于其吸水膨胀、失水收缩的特性,常常会造成道路塌陷等负面影响,因此需要对其进行改性处理以降低其膨胀性。本文针对肯尼亚地区道路建设中黑棉土存在的问题,采用硅烷对其进行了改性,有效的降低了其膨胀性;同时,还探究了黑棉土的高附加值应用,包括黑棉土作为吸附材料以及轻质建筑材料原料的应用。首先,测试了黑棉土的矿物组成和化学组成,并根据测试结果采用HSO或NaCO对其进行了预处理。然后,设计了降低黑棉土膨胀性的方法,采用将硅烷溶解于乙醇和水的混合溶剂中,后将原土或预处理土加入其中,在恒温水浴条件下对黑棉土进行硅烷改性的工艺进行了实验,并优选了工艺条件。在7.5%HSO和硅烷处理的条件下,黑棉土的自由膨胀率可以由原始的160%降低至15%,使黑棉土的膨胀等级由强膨胀性变为弱膨胀性粘土,甚至于消除黑棉土的膨胀性(参照GB50112-2013标准)。根据改性前后XRD的测试结果,证明改性后黑棉土中蒙脱石的(001)衍射峰发生左移,说明硅烷分子进入到蒙脱石的片层,导致晶面间距增加;相应的,FTIR图谱中改性后蒙脱石的羟基峰明显减弱甚至消失,说明蒙脱石被硅烷接枝,硅烷分子亲水端与片层间羟基的断键发生反应,导致羟基键减弱或消失。反应后,硅烷的疏水端暴露于外侧,改变了其亲水性,降低了黑棉土的自由膨胀性。其次,本文利用黑棉土比表面积大和阳离子交换量高等优异性能,对黑棉土的吸附特性进行了研究。实验分别选取未处理和经过HSO处理的黑棉土作为吸附质材料进行了对比研究,探究了吸附剂用量、吸附质用量和吸附时间对吸附效果的影响。实验结果显示:当溶液初始浓度为500 mg/L,固液比2 g/L,溶液中亚甲基蓝的去除率可接近100%。同时,还探究了两种吸附质原料对于亚甲基蓝的吸附热力学和动力学问题,热力学拟合结果表明,黑棉土对于亚甲基蓝的吸附更加符合Langmuir吸附等温模型,经计算得到黑棉土和硫酸处理黑棉土的最大吸附量分别为104.6 mg/g和99.7 mg/g,说明黑棉土的吸附效果要优于硫酸处理黑棉土。动力学拟合结果显示,黑棉土对于亚甲基蓝的吸附过程与二级动力学模型更加吻合,说明该反应的吸附速率受化学吸附机理控制。最后,以黑棉土为原料,火山灰(VA)为骨料制作了轻质建筑材料—多孔粘土砖。通过实验优选了工艺条件,在1000-1050oC的温度,BCS/VA比为7:3-8:2时,试样具有60MPa以上的抗压强度,烧结线收缩小于9%,气孔率达到30%。其物理性能和力学性能均满足国标GB/T 13545-2014中MU 10.0的等级标准。论文通过降低黑棉土的膨胀性实验及机理探讨,将黑棉土作为吸附剂材料进行研究,以及以黑棉土为原料进行了轻质建筑材料的制备,拓展了其应用领域,具有一定的实际意义和理论意义。

关键词：黑棉土膨胀性硅烷吸附材料轻质砖

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埃塞俄比亚黑棉土勘察及膨胀性分级方法

中外公路 2015年第S1期35卷 111-114页

作者：彭霜霜王志锐中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

埃塞俄比亚AA高速公路沿线发育大量黑棉土。黑棉土具有吸水膨胀、失水收缩的特性。文章介绍了该项目地质、黑棉土的勘察重点及具体的方法,概括了黑棉土的工程性质,并列举了国内外根据自由膨胀率、塑性指数、膨胀度等指标对黑棉土进行膨... 详细信息

埃塞俄比亚AA高速公路沿线发育大量黑棉土。黑棉土具有吸水膨胀、失水收缩的特性。文章介绍了该项目地质、黑棉土的勘察重点及具体的方法,概括了黑棉土的工程性质,并列举了国内外根据自由膨胀率、塑性指数、膨胀度等指标对黑棉土进行膨胀性分级的方法,对今后埃塞俄比亚地区类似项目有借鉴作用。

关键词：黑棉土勘察膨胀性分级

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基于胀缩总率的黑棉土分类研究

公路工程 2018年第3期43卷 273-276页

作者：寇博张留俊尹利华张梅玲沈兆普中交一公院陕西西安710065 陕西省防灾减灾重点实验室陕西西安710065 中国路桥工程有限责任公司北京100011

黑棉土是一种膨胀性很强的高液限黑色黏土,因为对黑棉土胀缩性认识不到位,给当地工程项目带来了严重的危害。以肯尼亚某项目黑棉土取样为依托,采用了理论分析和室内试验的手段,进行了大量微观和土工试验,分析出涨缩总率与蒙脱石和阳离... 详细信息

黑棉土是一种膨胀性很强的高液限黑色黏土,因为对黑棉土胀缩性认识不到位,给当地工程项目带来了严重的危害。以肯尼亚某项目黑棉土取样为依托,采用了理论分析和室内试验的手段,进行了大量微观和土工试验,分析出涨缩总率与蒙脱石和阳离子交换量具有很好的相关性,最后通过理论分析,确定了黑棉土的判别应从膨胀和收缩两方面共同入手,其指标应以胀缩总率为控制指标。

关键词：黑棉土胀缩总率微观分析土工试验理论分析

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黑棉土公路路基处理技术研究

江西建材 2022年第7期 310-312页

作者：张宝全中国武夷实业股份有限公司福建福州350000

文中通过试验检测、项目调研和机理分析的手段对埃塞俄比亚Yirgacheffe-Agera Mariam公路工程项目遇到的黑棉土路段问题进行调查研究,并综合考虑可行的黑棉土处理方法,最终选用保证一定深度的换填方案,对存在黑棉土的公路路段进行综合... 详细信息

文中通过试验检测、项目调研和机理分析的手段对埃塞俄比亚Yirgacheffe-Agera Mariam公路工程项目遇到的黑棉土路段问题进行调查研究,并综合考虑可行的黑棉土处理方法,最终选用保证一定深度的换填方案,对存在黑棉土的公路路段进行综合处理。工后测试表明,该处理方法能有效解决黑棉土引起的路面破坏问题。

关键词：公路工程路基处理黑棉土

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埃塞俄比亚拉利贝拉公路黑棉土勘察和处置

福建交通科技 2024年第2期 15-20页

作者：张启龙中土集团福州勘察设计研究院有限公司福州350011

黑棉土为膨胀土,吸水时膨胀、软化,强度降低,失水后收缩,产生较大变形,成为影响公路路基工程质量的关键。为了研究埃塞俄比亚拉利贝拉公路K19+100~K33+800沿线黑棉土分布情况,采取了现场实地调查和实验室试验的方法,获取了路基土样的AAS... 详细信息

黑棉土为膨胀土,吸水时膨胀、软化,强度降低,失水后收缩,产生较大变形,成为影响公路路基工程质量的关键。为了研究埃塞俄比亚拉利贝拉公路K19+100~K33+800沿线黑棉土分布情况,采取了现场实地调查和实验室试验的方法,获取了路基土样的AASHTO分级、分组指数(GI)、液限(LL)、塑性指数(PI)、浸泡4 d后压实度95%的CBR值及95%压实度时膨胀值等试验数据;通过查阅当地规范、标准,分析了路基土样的试验数据,得到了沿线黑棉土分布情况,完成了黑棉土的膨胀潜势分级,并根据填土高度对黑棉土路基进行针对性处置。

关键词：黑棉土现场实地调查试验数据分析膨胀潜势分级处置措施

非洲黑棉土高速路基病害数值仿真及处治对策分析

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工程技术研究 2024年第11期9卷 32-34页

作者：王曦辉王锐中国路桥工程有限责任公司北京100010

文章以内罗毕东环路黑棉土地段路基为研究对象,通过建立高速路基病害分析有限元模型,充分分析病害产生的影响因素,并提出了黑棉土路基病害处治对策。研究发现,随着蒸发的持续,路堤土体结构变形逐渐增加,进而引起土体结构内最大主应力随... 详细信息

文章以内罗毕东环路黑棉土地段路基为研究对象,通过建立高速路基病害分析有限元模型,充分分析病害产生的影响因素,并提出了黑棉土路基病害处治对策。研究发现,随着蒸发的持续,路堤土体结构变形逐渐增加,进而引起土体结构内最大主应力随之逐渐增大;随着换填材料渗透系数的减小,最大主应力峰值逐渐增加;当使用弱膨胀土直接填筑时,可使用弱膨胀土填筑下路堤;考虑对中、强膨胀潜势黑棉土进行物理处治,主要进行包边处治和土工膜处治。

关键词：黑棉土高速路基裂缝数值模拟病害处治

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肯尼亚内罗毕南环线黑棉土的矿物学特征分析

路基工程 2016年第5期 11-14,24页

作者：沈兆普王雪莲徐少南黄金秋苗世顶中国路桥工程有限责任公司北京100011 四川省地矿局成都综合岩矿测试中心成都610081 吉林大学材料科学与工程学院长春130022

以肯尼亚内罗毕南环线公路工程为依托，对黑棉土的矿物组成、化学成分、电子探针及微观结构进行了分析。结果表明：黑棉土Fe2O3含量是广西宁明黑色膨胀土的3倍，Na2O和CaO含量是宁明黑色膨胀土的5-8倍，而K2O含量只是宁明黑色膨胀土的1/... 详细信息

以肯尼亚内罗毕南环线公路工程为依托，对黑棉土的矿物组成、化学成分、电子探针及微观结构进行了分析。结果表明：黑棉土Fe2O3含量是广西宁明黑色膨胀土的3倍，Na2O和CaO含量是宁明黑色膨胀土的5-8倍，而K2O含量只是宁明黑色膨胀土的1/3；黑棉土中皂石含量达41.37%，伊蒙混层矿物10.64%，造岩矿物以石英、长石为主，约24.30%，含水矿物（沸石）含量8.33%；高含量的黏土矿物及沸石相是黑棉土水化膨胀性强的重要原因。

关键词：黑棉土成分分析物相分析电子探针分析微观结构