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原文传递污染底泥固化改良技术及路用性能研究

论文题名：	污染底泥固化改良技术及路用性能研究
关键词：	污染底泥;脱硫石膏;钢渣;响应面法;微观特性;路用性能
摘要：	我国水系分布广阔，底部沉积有大量的底泥。随着底泥的大量开挖，其处理问题日益严峻。对底泥进行固化改良后将其应用于道路建设领域，既能对底泥进行合理的利用，又能解决道路施工过程中路基填料供应不足等问题。污染底泥常用固化材料为水泥，但是水泥生产过程资源耗费多、CO2排放量大，会对环境造成严重的污染。活性MgO生产过程锻烧温度低、CO2排放量少，是一种比水泥更具发展持续性的胶凝材料。基于此，本文依托《固体废弃物与污染底泥治理技术工程示范及装备研发》项目，采用活性MgO、脱硫石膏、钢渣作为固化剂对污染底泥固化改良处理，对固化底泥的路用力学性能、耐久性及微观特性进行一系列试验研究，为低碳环保型底泥固化技术应用于道路建设领域提供理论依据。　　首先，通过物理力学试验，掌握了小清河污染底泥的基本物理力学性质。其次，通过对三种固化剂进行单掺试验，明确了各固化剂掺量对污染底泥强度的影响规律，并结合响应面法，得到了三种固化剂混掺下的最佳掺量。再次，通过X射线衍射试验和扫描电镜试验，分析了不同固化剂掺量下固化底泥的物质成分和微观结构。最后，在固化剂混掺最佳掺量下，通过无侧限抗压强度试验、劈裂试验、抗压回弹模量试验，得到了固化底泥的路用力学性能；同时进行干缩试验、干湿循环试验、冻融循环试验，分析了环境变化对固化底泥耐久性的影响；并结合浸出试验，评价了固化底泥的环境安全性。主要研究结论如下：　　（1）污染底泥的天然含水率为17.9%，砾粒组含量为13.7%，砂粒组含量为62.7%，细粒组含量为23.6%，液限为29.30%，塑限为22.90%，塑性指数为6.40，为粉土质砂；污染底泥主要成分是石英；污染底泥最佳含水率为14.4%，最大干密度为1.93g/cm3，CBR值为16.84%，抗压回弹模量为38MPa，无侧限抗压强度为392.39kPa。该污染底泥作为路基填料时，其抗压回弹模量和抗压强度均不能满足规范要求。　　（2）固化剂单掺时，氧化镁、脱硫石膏固化污染底泥的强度随固化剂掺量增加一直增大，而钢渣固化底泥强度随着钢渣掺量的增加呈现先上升后下降的趋势。基于固化剂单掺试验结果，以三种固化剂的掺量为变量，试件养护7d和28d的无侧限抗压强度作为响应值，使用响应面法对固化剂混掺时的掺量进行优化。通过方差分析和因子效应分析，得到氧化镁（MgO）、脱离石膏（DG）和钢渣（SS）混掺固化污染底泥时三者的最佳掺量为7.62%、11.31%和5.80%。　　（3）在固化剂混掺最佳掺量下，MgO加入后会发生水化反应生成Mg(OH)2和M-S-H凝胶，脱硫石膏中的CaO会水化生成Ca(OH)2，Ca(OH)2与钢渣发生反应生成水化硅酸钙凝胶（C-S-H）和水化铝酸钙凝胶（C-A-H），C-A-H凝胶进一步转化成钙矾石（AFt），生成的凝胶和物质会使试样的微观结构更加密实，强度提高。　　（4）混掺最佳掺量下固化底泥的力学特性符合路用性能要求；固化底泥的累计失水率和累计干缩量都表现出在前期增长迅速，后期逐渐稳定的趋势；干湿、冻融循环作用次数的增加都会降低固化底泥的无侧限抗压强度；前9次的干湿循环作用对试件强度影响较大，但试件外观基本无破坏；第1次的冻融循环作用对试件强度影响最大，强度损失率超过30%，冻融循环次数达到6次时，试件表面出现细微裂缝，棱角处土块掉落；试样经过干湿循环、冻融循环后试件内部孔径为0.01~0.1μm的孔隙会减少，孔径为0.1~1μm的孔隙会增加，并且冻融循环作用对固化污染底泥试样孔隙结构的影响相对于干湿循环作用的影响更大。
作者：	张进港
专业：	交通运输工程
导师：	孔祥辉;孙仁东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2022