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原文传递工业废渣复合土壤固化剂优化设计及路用性能研究

论文题名：	工业废渣复合土壤固化剂优化设计及路用性能研究
关键词：	土壤固化剂;工业废渣;淤泥质黏土;响应面法;微观机理;路用性能
摘要：	近年来，沿海地区废弃淤泥质黏土的产量随着滨海工程建设的迅猛发展而日益增多。此类废弃淤泥土具有天然含水率高、压缩性大、承载性能差等特点，不利于实际工程应用，同时带来较大的环境污染隐患。因此，针对此类废弃土的固化处理研究成为各个工程领域关注的热点课题。另外，国家工业化发展也导致工业废渣产量日益增长，其总体利用率追不上产量，因此工业废渣给人类社会发展和环境保护造成巨大的障碍和损失。本文针对废弃淤泥质土的固化处理和提高工业废渣的资源化利用两项问题，提出使用以工业废渣（矿渣、电石渣和脱硫石膏）为原料的碱激发固化剂，对温州废弃淤泥质黏土进行固化处理，助力浙江省沿海地区交通建设低碳发展。　　首先采用响应面法进行试验设计，以无侧限抗压强度为指标，研究工业废渣的不同配比对固化淤泥质土抗压强度的影响，并确定工业废渣复合土壤固化剂的最佳配比。在最佳固化剂参数的基础上，进一步探究固化剂的掺量、固化土混合料的初始含水率和养护龄期对固化淤泥质土抗压和抗拉性能的影响;然后通过水稳定性试验、冻融试验和干湿循环试验对固化土的耐久性进行分析评价，并与硅酸盐水泥固化土进行对比;最后，采用扫描电镜测试和X射线衍射分析，研究了工业废渣复合固化剂对淤泥质黏土微观结构的影响及其作用机理。本文的主要研究结果如下: 　　（1）基于响应面法（Box-Behnkend）设计了三因素三水平的试验方案，通过无侧限抗压强度试验和优化验证，最终确定工业废渣复合固化剂（GCD固化剂）的最佳配合比（高炉矿渣∶电石渣∶脱硫石膏）为61∶31∶8。　　（2）由无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验可知:最优配比的GCD固化土和水泥固化土的抗压强度均随固化剂掺量的提高而增加;在两种固化材料掺量相同的情况下，GCD固化土的早期抗压强度低于水泥固化土，但在后期其抗压强度超过水泥固化土;不同GCD掺量下，固化土混合料含水率对土体强度的影响规律有着显著差异，表现为:GCD固化剂掺量越多，抗压强度最高时对应的初始含水率越高;GCD固化土和水泥土的抗压强度均随着养护龄期的增加而呈现上升趋势，同掺量等级下，GCD固化土的抗压强度后期增长幅度远高于水泥固化土，即在固化剂掺量10％和14％下GCD固化土的UCS增加幅度分别为148.9％、132.6％,而水泥固化土的其增加幅度分别为77.9％、68.9％;在劈裂抗拉强度试验，GCD固化土和水泥固化土的抗拉强度随固化剂掺量的提升而增加，并且在同等的条件下,GCD固化土的劈裂抗拉强度明显高于水泥固化土，即GCD固化土具有更有效的抗拉性能。　　(3)路用耐久性试验结果表明:GCD固化剂的掺量越高，固化土的水稳定性越好、冻融循环损失率越小、抗干湿循环能力越强;在GCD固化剂掺量8％～14％时，固化土的水稳定系数为0.85～0.92,满足相关规范要求的同时明显高于水泥固化土;在1次和5次冻融循环下，14％掺量GCD固化土和水泥土的强度损失率分别为21.2％和28.5％,GCD固化土的强度损失率为明显低于水泥固化土，表明GCD固化剂具有更好的抗冻性能;干湿循环后GCD固化土的质量损失率和强度损失率均小于水泥固化土。GCD固化土的抗压强度随干湿循环次数的增加而先增后降，而水泥固化土的抗压强度随干湿循环次数的增加而减小，表明GCD固化土的干湿循环特性强于水泥固化土。　　(4)GCD固化剂的主要机理源于碱激发反应过程中生成的胶凝性水化产物(C-S-H、C-A-H)和膨胀性水化产物(AFt),这些水化产物通过胶结邻近土颗粒、填充颗粒间隙并形成较为致密三维网状结构，使淤泥质土的土体微结构更为密实，带来土体宏观力学性能和耐久性能的提升。
作者：	KIM SUNG HYOK金胜赫
专业：	土木水利
导师：	王修山
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江理工大学
学位年度：	2023