工业固废协同渣土改性淤泥质软土的力学特性试验研究

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:longfei256
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淤泥质软土在我国各地区都广泛分布,其含水率高、承载力低且压缩性高的特点极不利于工程的建设,在施工建设中这又是不可避免的,因此在施工之前对淤泥质软土进行固化处理尤为重要。本文就以湖积淤泥质软土为主要研究对象,选用工程渣土、矿渣、粉煤灰为主要材料,掺入脱硫石膏等工业固废以及工程渣土对淤泥质软土进行改性,设计正交试验改性淤泥质软土,通过进行力学测试(无侧限抗压试验、直接剪切试验)、含水率试验以及体积收缩率测试,渗透试验等对不同配比的改性淤泥质软土进行分析,优选出最佳配合比的改性淤泥质软土。针对优选出的最优组,对该组进行干湿循环作用下的含水率、渗透系数和无侧限抗压强度测试通过核磁共振得到孔隙分布,从而分析干湿循环对改性淤泥质软土的影响规律。采用傅里叶红外光谱试验、SEM+EDS能谱分析试验、X射线衍射试验,检测不同养护龄期条件下改性淤泥质软土试样的微观形貌和物质组构特征,揭示矿渣、粉煤灰、脱硫石膏对淤泥质软土的改性固化机理,以改性淤泥质软土路基为研究对象,通过GEO-studio软件模拟分析改性淤泥质软土在施工填筑和交通荷载作用下应力应变的演化规律。综合以上试验与数值计算结果,得出以下结论:(1)提出一种由矿渣、粉煤灰、脱硫石膏协同工程渣土组成新型复合固化剂,该固化剂在最优配比(工程渣土:矿渣:粉煤灰:脱硫石膏=9:6:3:2),改性淤泥质软土14 d含水率从38.7%以上快速下降到5.1%,28 d的体积收缩率在2.7%~8.6%之间,7 d之后无侧限抗压强度达到10.05~14.89 MPa;7 d养护龄期之后其粘聚力达到305~341 KPa,内摩擦角62.96°~64.78°,渗透系数为3.99×10-8cm/s,各项力学指标均显著性提高,在毒性浸出试验中各指标符合国家规范的要求。(2)试验分析干湿循环过程中ZJ7、ZJ9试样的宏观力学特性以及微观孔隙结构特性,结果发现随着干湿循环次数的增加,其脱湿含水率不断下降,四次干湿循环过后其含水率从15%降低到5%左右,而无侧限抗压强度在前两次干湿循环过后可提升15%~25%,从第三次开始下降并且在第四次干湿循环后抗压强度逐渐低于干湿循环之前;四次干湿循环作用下ZJ7组的渗透系数从3.99×10-8cm/s上升至8.39×10-8cm/s保持在同一量级内,而ZJ9组则4.40×10-7cm/s上升至4.03×10-6cm/s变化幅度较大。样品的孔隙为4.83~200μm之间,孔径主要集中在36μm左右,孔隙率35%~42%之间,四次干湿循环后孔隙率增加13%左右。(3)经过SEM+EDS、FTIR、XRD等试验,发现改性淤泥质软土内部随着反应的进行粉煤灰活化,硅氧四面体的-Si-O-Si-溶解,生成硅酸和-Si-O-,之后-Si-O-会再次聚合形成水化硅酸钙、水化硅酸铝等,水化硅酸物再次聚合形成水化产物,最后构成的凝胶网络,进过XRD物相分析改性淤泥质软土的主要成分为沸石类、长石类、矾石类、光彩石以及凝胶材料磷酸铝等,EDS以及FTIR证明凝胶网络主要为C-S-A-H凝胶网络和(C、N)-S-A-H凝胶网络,并且从元素含量定量的证明上述物质成分。(4)通过GEO-studio软件模拟改性淤泥质软土路基在填筑过程中以及交通荷载作用下的应力应变的演化规律,计算结果显示在改性材料在分两层填筑完成后最大总应力为408KPa,最大沉降量2.8 mm;在交通荷载的作用下,路基土应力应变主要与行车速度及车辆静载相关,其最大总应力提高至668.93KPa,且应力集中于左下、右下角粉质粘土层与泥岩的交汇处,沉降量大幅度增加,但其在轴载100KN、128KN、157KN的最大沉降量18.5 mm,在规范容许范围内。
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