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原文传递磷石膏改性水泥-石灰稳定赤泥道路基层材料可行性研究

论文题名：	磷石膏改性水泥-石灰稳定赤泥道路基层材料可行性研究
关键词：	赤泥;道路基层;配合比;钙矾石;耐久性;微观特征;路用特性
摘要：	赤泥是氧化铝厂的工业废渣，工业上每生产1吨氧化铝，产生的赤泥大约0.8-1.5吨。赤泥的堆存一方面占用大量土地资源，另一方面可能对土壤、水系、大气造成严重污染。大规模消纳、利用赤泥，既可以减少对自然环境的而破坏，又具有极大的社会及经济效益，赤泥的路用是赤大规模消纳赤泥的有效途径。但是现阶段对于固化/稳定赤泥技术在道路工程中应用并不广泛，主要存在下列问题：（1）赤泥成分活性低，当前所研究的固化剂对于赤泥的激发效果差，对强度提高不太明显，固化赤泥主要用于路基填筑材料，但很难满足道路基层材料的强度标准。（2）文献表明，水泥、石灰、GGBS都属于碱性固化剂，在固化赤泥过程中势必增加赤泥固化体浸出液的pH值，因此解决赤泥碱性大的问题一直是一国际难题。（3）拜耳法赤泥颗粒细、比表面积大，分散性大、持水性强，稳定/固化赤泥需要大量固化剂，降低了赤泥利用的经济效益。亟待优选出一种满足道路性能要求、成本合理的配比。因此，本文以改性赤泥道路基层材料为研究对象，通过室内试验，研究外掺剂（水泥、石灰、磷石膏）对改性赤泥道路基层材料的物理性质、强度性能的影响，阐明干湿、冻融循环的耐久性能以及行车荷载作用下改性赤泥道路基层材料的力学特性。本文的主要研究内容和成果如下：　　（1）根据前人的研究成果以及道路基层的强度要求标准，选取水泥、石灰和磷石膏三种外掺剂，通过三组材料优选试验，研究不同水泥掺量、石灰-水泥掺量和磷石膏掺量对改性赤泥的物理性质、强度性能的影响。分析改性赤泥材料的强度形成机理：水化产物C-S-H、C-A-S-H、N-A-S-H凝胶的胶结作用和钙矾石填充作用；证实了钙矾石的膨胀作用具有两重性，明确了钙矾石对改性赤泥的赤泥的孔隙填充机制：钙矾石主要填充孔径0.1μm-1μm的孔隙，体积膨胀产生的微裂缝孔隙以孔径1μm-10μm为主。　　（2）通过干湿和冻融循环试验研究不同磷石膏掺量的改性赤泥耐久性，分析干湿和冻融循环对改性赤泥UCS、pH和干密度的影响以及微观孔隙结构演化规律，明确改性赤泥在干湿和冻融循环中外力环境和强度衰减机制，探讨改性赤泥宏观强度同微观孔隙、干密度的相关性。结果表明，掺2%磷石膏掺量的试样历经五次干湿和冻融循环的强度保证率均在85%以上，筛选出磷石膏改性水泥-石灰稳定赤泥的最优配比为RM∶PC∶LM∶PG=100∶8∶2∶2；研究发现，干湿和冻融循环使改性赤泥试样的试样微孔隙（0.01-0.1μm）百分占比降低，小孔隙（0.1-1μm）以及中孔隙（1-10μm）占比增多，累积进汞量增大，干湿循环对改性赤泥的强度影响较冻融循环更为显著，改性赤泥试样UCS同＜0.1μm孔隙体积百分含量和干密度均呈正相关性关系。　　（3）采用劈裂试验评价改性赤泥抗拉性能，抗压回弹模量试验评价改性赤泥在抵抗垂直荷载作用下发生竖向变形的能力，干缩实验评价材料抗干缩拉裂性能。并以上述实验参数为依据，采用abaqus建立路面结构计算模型，分析行车荷载下不同厚度和模量基层的道路工况，计算基层拉应力、拉应变以及完成弯拉应力验算。结果表明，改性赤泥的回弹模量和劈裂强度满足要求，同时兼具经济效益，数值模拟结果揭示基层的拉应力随着基层厚度增加而减小，随着抗压回弹模量的增加而增大，改性赤泥基层的容许拉应力大于实际拉应力，抗拉强度满足工程要求，二级公路改性赤泥道路基层的最优厚度为35cm。
作者：	余昌运
专业：	交通运输工程
导师：	石名磊;程钰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021