GGBS及其激发剂固化合肥湖积软土的试验研究

将CaO和石膏作为激发剂掺入粒化高炉矿渣微粉(GGBS)制备GGBS+CaO+石膏固化黏土,通过无侧限抗压强度试验研究固化黏土的强度变化规律,基于正交试验确定GGBS、CaO和石膏三掺量的最佳配合比。研究表明:单掺GGBS对软土有一定的固化效果,但固化速度慢、效果差;将CaO、石膏和GGBS混合后固化效果明显,固化土3d(天)即可形成一定强度。养护28d后,固化黏土最大强度可以达到2.9MPa;利用极差分析得出石膏掺量变化对抗压强度的影响最大,GGBS次之,CaO影响最小;GGBS、CaO和石膏三掺量固化黏土最佳配合比分别为11%、3.5%和5%。上述研究成果为在合肥滨湖地区应用矿渣类软土固化剂提供了理论依据。     

粒化高炉矿渣粉替代量对偏高岭土基地质聚合物力学性能及凝结时间影响的研究

偏高岭土基地质聚合物在常温养护下具有抗压强度低、凝结时间长等缺点。本文使用GGBS(粒化高炉矿渣粉)等质量替代偏高岭土,研究常温养护下不同GGBS替代量对偏高岭土基地质聚合物抗压强度和凝结时间的影响。本研究首先通过测试不同水玻璃模数对偏高岭土基地质聚合物抗压强度的影响,确定了最佳水玻璃模数;然后,控制最佳水玻璃模数不变,通过测试偏高岭土基地质聚合物的凝结时间和抗压强度,确定了GGBS的最佳替代量范围。研究结果表明,GGBS等质量替代偏高岭土可以缩短地质聚合物的凝结时间,还可以大幅度增加其抗压强度。本文确定了水玻璃的最佳模数为1.3,在此基础上的GGBS最佳替代量为20%至30%。     

水泥粉煤灰加固有机质土的试验研究

对于高有机质含量的泻湖相软土,单纯采用水泥不能有效提高该软土的力学性能,因此提出了采用水泥和粉煤灰作为固化剂的加固方法。通过不同水泥掺入量、粉煤灰掺入量和龄期下水泥土的无侧限抗压强度试验,分析了水泥粉煤灰固化土的强度规律和变形规律,探讨了水泥和粉煤灰加固高有机质含量软土的机理。结果表明,粉煤灰对于水泥试块的早期强度影响较小,对后期强度影响较大;粉煤灰最佳掺入量为12％,超过此掺入量水泥土强度反而会降低,粉煤灰水泥土的破坏应变、E50也在粉煤灰掺量为12％时分别达到最低值和最大值。水泥掺加粉煤灰可有效地提高高有机质含量软土的强度。     

复掺氧化石墨烯与矿渣粉的水泥基材料力学性能研究

由于氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)的氧化程度、矿渣粉(Slag Powder, SP)的等级不同,对水泥基材料的协同效应尚未达成广泛共识。本文制备了复掺氧化石墨烯(GO)和矿渣粉(SP)的水泥基材料,研究了GO掺量、SP掺量以及水胶比等对其流动性及力学性能的影响,分析了其水化产物及微观形貌。结果表明:水泥基材料的流动性随GO掺量的增加而减小,随SP掺量的增加而增大,随水胶比的增大而增大;力学性能方面,各龄期抗压和抗折强度均随GO掺量的增加而增大,且对早期强度的影响更为显著;早期抗压和抗折强度均随SP掺量的增加而减小,但28d之后随SP掺量增加而先增后减,在掺量达到40%时达到最大;此外,抗压和抗折强度均随水胶比的增大而呈现减小趋势。微观结果表明,GO和SP可丰富水化产物、改善微观结构。本文研究结果可为该水泥基材料的工程应用和理论研究提供参考。     

矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的冲击力学性能

以矿渣和粉煤灰为原料,以氢氧化钠和液体硅酸钠为激发剂制备出养护28 d后静态抗压强度高达56.4 MPa的矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土（geopolymer concrete, GC）试件,以普通硅酸盐水泥为原料制备出养护28 d静态抗压强度高达61.6 MPa的普通硅酸盐水泥混凝土（ordinary Portland cement concrete, PC）试件,采用100 mm霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）试验装置分别对GC试件和PC试件进行冲击压缩试验,得到了2种材料在0~100 s-1平均应变率范围内的应力应变曲线。通过分析应力应变曲线,并与PC进行了对比,研究了矿渣-粉煤灰基GC的冲击力学性能。结果表明,GC作为一种新型混凝土类材料,在冲击荷载作用下具有较好的强度、变形性能和韧性;GC是一种率敏感材料,冲击荷载作用下抗压强度、变形性能和韧性随应变率的增大而增强;和PC相比,冲击荷载下GC的抗压强度较小,韧性较低,GC在开始破坏前产生的变形与PC的基本相等,完全破坏时产生的变形较小。     

荷载和干湿循环耦合作用下固化淤泥的屈服应力变化规律与机理研究

为研究固化淤泥在荷载和干湿循环耦合作用下的屈服应力变化规律,以取自无锡太湖地区的疏浚淤泥为研究对象,通过有荷条件下的干湿循环试验和固结试验,对不同水泥掺量条件下固化淤泥的屈服应力进行了研究。结果表明:对于水泥掺量为100kg/m~3的固化淤泥试样,在上覆载荷不大于25kPa的条件下,经过干湿循环后,固化淤泥试样的屈服应力比同掺量基准试样的小,随着上覆荷载的增大,经过干湿循环后试样的屈服应力不降反增;对于水泥掺量为150kg/m~3、200kg/m~3的固化淤泥试样,经过干湿循环后,固化淤泥试样的屈服应力比同掺量基准试样的大,且这种增长趋势随着上覆荷载的增加更加明显。经过干湿循环后,固化淤泥试样屈服应力的变化受干燥温度引起的水泥水化产物增加和裂缝发展的双重影响,且裂缝的发展与上覆荷载密切相关。与控制试样相比,经过干湿循环后固化淤泥的屈服应力均呈现明显下降趋势,说明仅考虑裂缝发展的影响时,干湿循环对试样屈服应力具有明显劣化作用。微观分析表明:水泥掺量越高,养护温度越高,固化淤泥生成的水化产物越多,内部孔隙被进一步填充,从而屈服应力越大。本文的研究结论可为固化淤泥土工筑物在上覆荷载作用下的干湿稳定性评价提供参考。     

非饱和固化淤泥的力学及体变特性试验研究

由于降雨、水位升降等自然因素,固化淤泥作为填土材料使用时,其饱和度(基质吸力)常处于变动状态,使固化淤泥力学及体变特性发生改变,对土工构筑物的安全带来潜在隐患。鉴于此,本文通过对不同基质吸力、净围压下的三轴固结排水剪切试验,探讨了基质吸力和净围压对非饱和固化淤泥力学及体变特性的影响。结果表明:随着净围压增大,基质吸力的强度贡献减小,100kPa净围压时基质吸力的强度贡献十分显著,300kPa净围压时基质吸力强度贡献则不明显。当基质吸力小于残余值时,固化淤泥试样的抗剪强度、无侧限抗压强度、粘聚力均随基质吸力增大呈线性增长,但当基质吸力大于残余值时强度增幅均下降,说明基质吸力大于残余值时强度贡献减小。剪切过程中试样均表现为体缩且随基质吸力增大体缩变形减小。吸力摩擦角在土-水特征曲线边界效应区和过渡区之间时几乎不变,进入残余区后开始下降。     

超高强度混凝土的强度特性及实验分析

为了开发C130的超高强度混凝土,通过室内实验着力分析了高强度范围的强度影响因素、材料的配合比和使用材料。实验结果表明,C130的超强度混凝土可在水灰比14%~16%、养护材龄28天的条件下达到预期强度目标;对于水灰比的减小对混凝土强度的减弱影响,其最小限值为14%;但在适当的材料配合比条件下,用水量及粗集料用量对混凝土强度的影响不十分显著。对于硅酸盐水泥、低发热普通水泥和前二种水泥中再掺入石膏粉的3种类水泥,硅酸盐水泥制作的混凝土强度最高;粗集料的种类对混凝土强度影响较大,最大差值可达约30%;从混凝土抗压强度与集料抗压回弹模量之间的相关分析可见,粗细集料的回弹模量对混凝土强度有一定程度的影响。     

应用碱性水泥外掺剂固化天津海积软土的试验研究

天津海积软土具有高含水量、低强度、高压缩性、低pH值等特征,不能直接满足工程建设需要,必须进行人工处理。在水泥土搅拌法中使用适量碱性外掺剂NaOH或Na2CO3,可以提高桩身水泥土强度和复合地基承载力,同时能节省大量水泥,降低工程费用。现场试验中将海积软土与分别掺入0.5%NaOH和0.5%Na2CO3的10%水泥就地搅拌,形成两种新型水泥土,在与原状土及20%纯水泥土进行比较后,发现碱性外掺剂可以促使生成大量针状、棒状或纤维状水化硅酸钙晶体,抑制了能产生膨胀作用的钙矾石的生成,同时,有Ca(OH)2晶体析出,它们共同构成土颗粒间和土颗粒表面的充填物和包裹物,使水泥固化土的孔隙明显减小,密度和强度得到极大提高。检测结果显示水泥土强度提高了20%以上,复合地基承载力不小于120kPa。     

钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能的影响

通过实验研究了活性粉末混凝土的基本力学性能(抗压强度、劈拉强度和抗折强度),分析了钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能的影响,拟合得到了抗折强度与劈拉强度之间的关系表达式。在实验分析的基础上,建立了不同钢纤维体积含量活性粉末混凝土受压应力-应变全曲线的数学表达式。研究结果表明：钢纤维体积含量在1.0%～3.5% 之间时,活性粉末混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度均随着钢纤维掺量的增加而增大;当钢纤维体积含量超过3.5% 后,活性粉末混凝土抗压强度下降,劈拉强度略有提高,而抗折强度仍有明显的提高。     

土体腐殖酸组分对水泥土强度影响效果试验

利用高速阴影照相系统,对方形管道内火焰流经悬吊圆柱时所产生的变化及其诱导的 流场进行了实验研究,并利用高精度PPM格式对上述现象进行了数值模拟,其中,湍流采用 大涡模拟(LES)方法,燃烧采用旋涡破碎(EBU)模型,圆柱边界采用沉浸边界法(IBM). 实验结果与计算结果比较吻合,在一定程度上揭示了火焰阵面变形和加速的规律. 根据研究 结果,对火焰与悬吊圆柱相互作用过程中火焰的三维形状、流场中涡量和湍流强度的分布、 火焰与流场的相互影响以及火焰传播轨迹等进行了讨论.     

爆破冲击对早龄期混凝土强度影响的实验研究

以某大型全碎石填方机场工程为背景,针对早龄期混凝土受爆破振动损伤开展了实验研究。通过室内实验模拟场地爆破振动作用于早龄期混凝土试块,测量了不同龄期混凝土受振损伤后的强度。并将实验结果与有限元数值计算和现场爆破场地测试数据相结合,分析了早龄期混凝土损伤后的强度增长规律,建立了场地爆破与混凝土结构浇筑平行施工的安全技术指标。     

膨胀土-胶粉（ESR）强度特性室内试验研究

膨胀土是一种特殊的区域性黏土,在我国分布非常广泛,所引起的灾害问题也日益突出。为了提高资源的循环利用,减少膨胀土灾害潜在的影响,笔者进行一系列用废弃轮胎胶粉改良膨胀土的探索。主要是通过室内无侧限抗压强度试验,研究膨胀土及膨胀土 胶粉（expansive soil rubber,简称ESR）强度特性,进一步分析胶粉含量、含水率等因素对无侧限抗压强度的影响,根据试验结果总结出胶粉改良膨胀土无侧限抗压强度的最佳含量为20％,同时证明了废弃轮胎胶粉改良膨胀土具有良好的效果,从而为膨胀土改良开拓一个新的方法。     

水硬性石灰合成及拉破坏特性试验研究

水硬性石灰在欧洲石质文物修复和加固中获得了很大成功。我国的石质文物主要是砂岩,水硬性石灰的修复效果不好。为满足我国石质文物修复和加固的需求,本文以石灰石和黏土为原料,在950℃煅烧不同时间,制备出水硬性石,对试样的成分、微观形貌、收缩率、抗拉强度和拉破坏过程等进行了研究。结果表明:(1)试样中含有水硬性成分2CaO·SiO2(C2S);煅烧8h时,成分与欧洲水硬性石灰NHL5接近;1.5CaO·SiO2·xH2O(C-S-H)和CaCO3的含量随龄期的增加逐渐增加。(2)龄期1~3d,收缩率较小;龄期4~6d,收缩率以线性规律增加;7d以后,收缩率趋于稳定。(3)局部变形区随拉应力的增加而变大,邻近局部变形区逐渐合并,形成面积更大的应变局部化带;载荷超过峰值后,产生微裂隙;随载荷进一步增加,微裂隙扩展,贯穿整个试件,发展成宏观裂隙,使试件破坏。(4)抗拉强度随龄期的增加而增加,水硬性石灰中C-S-H、CaCO3等相互交织,构成空间致密体,使试件力学强度提高。合成的水硬性石灰物理力学性能与欧洲水硬性石灰NHL5相近,并且成分均匀、可控,在石质文物修复和加固工程中具有良好应用前景。     

微生物矿化风沙土强度及孔隙特性的试验研究

风沙土广泛分布于沙漠地区,其颗粒细小均匀,粒间无粘聚力,易引起风蚀形成沙尘暴的尘源.自行设计实验室制备方法及工艺,通过微生物诱导碳酸钙矿化(microbial induced calcite precipitation,MICP)技术固化沙漠风沙土.分析MICP矿化砂土试样的强度特性,以及菌液浓度,岩土基质的孔隙率及颗粒级配对MICP矿化砂土强度的影响.试验结果表明,当砂土试样的矿化时间为7天,菌液浓度OD600值在0.5～0.8之间,经MICP矿化后的风沙土其无侧限抗压强度平均值为0.66 MPa,内摩擦角平均值为36°,对运用MICP技术矿化沙漠风沙土的可行性进行了试验验证.当岩土基质具有较大的孔隙率且级配良好时,MICP矿化过程更加充分,MICP矿化砂土试样呈现出更好的强度特性.进而,利用核磁共振技术分析MICP矿化前后砂土试样的孔隙特征,测试结果显示经MICP矿化作用后试样的孔隙发育良好,孔隙半径大多分布在30μm～50μm之间,半径为100μm的孔隙提供大部分孔隙体积,且矿化作用后较未矿化前砂土试样孔隙率减小约15%.     

冻融循环次数和含水率对尾细砂力学性质的影响研究

为研究冻融循环次数和含水率对尾细砂力学性质的影响,利用GDH-2005B型高低温试验箱对尾矿砂试样进行冻融循环,并通过FST-200型应变控制式三轴剪力仪开展五种冻融循环次数(1次、3次、5次、7次、9次)和五种含水率(11%、13%、15%、17%、19%)尾矿砂试样常规三轴试验。研究表明:(1)相同含水率时,随着冻融循环次数的增大,变形模量逐渐减小,内聚力和内摩擦角均呈现降低的趋势;经历9次冻融循环后,内聚力降低至17.4kPa,内摩擦角降为14.82°。(2)相同冻融循环次数条件下,随着含水率的增大,尾矿砂的峰值应力降低,对应峰值应变增大;围压100kPa时,含水率19%的尾矿砂在经历9次冻融循环后应变为18.21%,应力为139.37kPa;各冻融循环次数下的尾矿砂抗压强度均呈现下降的趋势,内聚力和内摩擦角均随着含水率的增大而减小。研究成果可为尾矿砂物理力学性质理论的丰富以及尾矿砂相关工程的安全运营提供参考。     

再生骨料透水混凝土抗压性能及透水性能试验研究

通过掺30%再生骨料和未掺再生骨料两种透水混凝土的抗压性能及透水性能对比试验,研究了水灰比、骨料粒径、砂率等因素对其抗压性能和透水性能的影响,确定了按体积法配制的合理性和最佳配合比。试验结果表明,采用5~10mm的骨料粒径、水灰比为0.3和目标孔隙率为15%时,掺30%再生骨料和未掺再生骨料两种透水混凝土抗压强度分别达到18.0MPa和19.2MPa,且透水系数均大于5mm/s。基于上述试验结果,分析了掺30%再生骨料和未掺再生骨料两种透水混凝土孔隙率与透水系数及抗压强度之间的关系,表明它们之间存在着相关性良好的函数关系,即可以通过调整孔隙率的大小来平衡抗压强度与透水系数,使之均满足实际工程要求。