基于Box-Behnken法的合肥湖积软土固化配方优化的试验研究

选择CaO和纯碱作为激发剂掺入GGBS(粒化高炉矿渣微粉)制备GGBS+CaO+纯碱固化合肥湖积软土,通过无侧限抗压强度试验研究固化黏土的强度变化规律。以GGBS、CaO和纯碱的掺量作为影响因子,以7d和28d固化土的无侧限抗压强度作为响应值,基于Box-Behnken法确定3种外添剂的最佳配合比。研究表明:GGBS掺量的变化对强度响应影响最大,且其敏感程度随龄期的增大而增大;而对于CaO和纯碱,情况则相反。养护7d后,各因素对强度的线性效应和曲面效应均显著,CaO与纯碱的交互作用显著;养护28d后,GGBS与纯碱的交互作用显著。最终得出:GGBS、CaO和纯碱三掺量固化黏土最佳配比分别为13.08%、4.89%和1.25%;在最佳配合比下,7d和28d的预测强度分别达到550.904kPa和665.953kPa。最后对实测值与预测值进行了对比分析。研究成果可为在合肥滨湖地区应用矿渣类软土固化剂提供理论依据。     

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。     

橡胶粉对PVA-ECC力学性能影响研究

为研究橡胶粉对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)力学性能的影响,以掺入了橡胶粉的PVA-ECC为研究对象,对其强度和压缩韧性进行试验研究,并采用扫描电镜对橡胶粉表面微观形貌进行分析。研究参数包括橡胶粉掺量、改性方式及粒径。试验结果表明:相对于基准试件,橡胶粉掺量为5%时,试件抗压强度提高了6%;掺量为10%时,试件抗压强度基本相等,压缩韧性指标有所提高;橡胶粉掺量较低时,试件呈现多裂缝失效模式,延性相对于基准试件有一定提高;橡胶粉粒径及处理方式对试件力学性能影响不大。因此,采用掺量低于10%的水洗橡胶粉制备PVA-ECC能提高其抗压强度、压缩韧性及延性,且更易制备。     

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。     

铝土矿矿泥固化技术的试验研究

铝土矿选洗过程中排尾形成的高含水量矿泥,传统上采用建库堆存,泌干固结时间长,污染环境。试验研究结果表明,选用由72%水泥、20%石膏、5%石灰、3%硫酸钠组成的复合固化剂,或由72%石灰、20%石膏、5%粉煤灰、3%硫酸钠组成的复合固化剂,按固化剂与矿泥质量比1:10掺加,对矿泥进行固化处理,其固化体强度高、耐久性好,且成本低廉,具有广泛的工程应用价值。     

陶瓷再生粗骨料混凝土力学性能研究

采用硅烷偶联剂KH-550溶液浸泡陶瓷再生粗骨料,改变其表面性能,从而增强陶瓷骨料-水泥石界面的粘结性能。使用处理后的陶瓷骨料制备陶瓷再生混凝土,并对其进行了立方体抗压强度试验和弹性模量测试。结果表明:随着陶瓷粗骨料掺量的增加,再生混凝土的强度降低;当掺量为60%时,再生混凝土的弹性模量较原碎石混凝土提高了3.2%;当掺量为100%时,再生混凝土抗压强度仍然满足要求。     

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。     

固化滨海盐渍土路用性能的室内试验与现场测试

渤海湾西海岸带地区的路堤多为填方型式,且以滨海盐渍土为主要填料。以滨海盐渍土填筑路堤,须解决土的盐胀、溶陷和吸湿软化带来的强度下降和稳定性降低问题,以进行土的改性或固化处理。为降低工程费用,固化材料应以常规的无机材料为主,辅助少量的高分子材料。为研究滨海盐渍土填筑路堤的力学性能,完成了石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土的无侧限抗压强度、劈裂法抗拉强度、三轴抗剪强度和加州承载比等室内试验,同期还进行了固化土的现场碾压试验,检测了碾压固化土的压实度、平整度、回弹弯沉、加州承载比和回弹模量等指标。试验与研究结果显示:(1)石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土均满足填筑路堤的强度和变形指标要求,后者的力学性能优于前者; (2)SH固土剂干燥后的胶膜包裹了土颗粒,且在颗粒间形成了抗水的胶结联结,胶丝在土的孔隙内形成了絮状联结网。胶膜和胶丝网共同作用,提高了固化土的强度、抗变形能力和水稳性; (3)2种固化土的现场碾压试验效果都很好,碾压固化土的现场测试结果与固化土的室内试验结果相一致。石灰+SH固土剂固化土的碾压性能和力学指标均满足"公路路基设计规范"的要求,效果良好,这种固化方法适宜在滨海盐渍土地区推广使用。     

循环载荷下淤泥轻量土的细观变形机理研究

基于新型室内固结试验及有限元数值模拟分析方法,研究了淤泥轻量土在循环载荷作用下的细观多相变形机理及其宏、细观变形特性之间的相互关系。结果表明,EPS(expanded polystyrene)颗粒掺量及其粒径大小对淤泥轻量土的细观变形特性有显著的影响。试验发现,在所选用的配合比中EPS掺量相差2.0%时,而淤泥轻量土最大体积变形量却相差了4.1%。在相同循环次数下,试样中上、中、下三个点位的EPS颗粒变形量及其应力应变大小关系并不相同,上点位的EPS颗粒变形量最大。通过对不同循环周期下淤泥轻量土各相细观变形关系定量计算分析发现,EPS颗粒变形量在其整个变形过程中占主导地位,平均占到约60%～80%。该研究可为后续有关EPS淤泥轻量土的微细观结构之间多相耦合作用的研究及其在软土路基填土工程中的应用提供一定的理论支持。     

无定形态游离氧化铁脱水老化对粘性土物理性质的影响

无定形态游离氧化铁以其自身的特性及其脱水老化作用,对粘性土的物理性质、水理性质乃至工程性质产生了一定程度的影响。本文就粘性土的物理性质、水理性质及力学性质在无定形态游离氧化铁脱水过程中的变化进行了初步研究,期望对粘性土的土工测试方法及参数的合理测定有所裨益。     

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.     

基于WOA-BP神经网络的超低温冻土抗压强度预测模型研究

为获得超低温冻土抗压强度预测模型, 探究超低温状态下冻土的物理性质及力学性质的变化, 对含水率19%, 22%, 25%和28%的低液限黏土土样进行?180 °C ~ ?10 °C的单轴压缩强度试验, 并测量?80 °C ~ ?10 °C土样的未冻水含量, 建立基于WOA-BP神经网络和BP神经网络的预测模型, 探究含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度关系. 预测结果表明: 含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度存在复杂的非线性关系, 特别是在?180 °C ~ ?80 °C区间内, 现有的线性拟合公式已无法准确预测该区间内冻土抗压强度; 基于WOA-BP神经网络预测模型的整体预测效果较好, 其绝对误差平均值为1.167 MPa, 相对误差平均值为7.62%, BP神经网络预测模型的绝对误差平均值为8.462 MPa, 相对误差平均值为47.99%. 基于鲸鱼优化算法的BP神经网络预测模型预测误差明显小于BP神经网络预测模型及线性拟合值, 更接近实测值. 该预测模型具有较高精确度, 能有效解决超低温冻土抗压强度与其影响因素间复杂的非线性关系, 可为人工冻结技术在地层应急工程中的应用提供参考.      

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。     

活性粉末混凝土力学性能及冻融性能研究

活性粉末混凝土具有优异的力学性能和耐久性,本文按照正交设计方法设计了9组不同配合比的活性粉末混凝土,通过试验研究了其基本力学性能及抗冻融性能,分析了水胶比、硅灰水泥比和钢纤维含量等因素对活性粉末混凝土力学性能及抗冻融性能的影响规律。研究表明,水胶比是影响活性粉末混凝土力学性能及抗冻融性能最主要的因素,钢纤维含量对活性粉末混凝土抗折和劈裂强度影响较为显著,对其抗压强度和抗冻融性能的影响不明显。本文根据试件破坏的现象对钢纤维作用的机理做了初步的探讨。     

粘性土(红土)中游离氧化铁含量对其工程地质性质的影响

通过试验, 本文就游离氧化铁在粘性土尤其是红土中富积含量的变化对土体工程地质性质产生的影响及其规律性做了初步研究。