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原文传递复合固化剂稳定废弃海相黏土路用性能及机理研究

论文题名：	复合固化剂稳定废弃海相黏土路用性能及机理研究
关键词：	废弃海相黏土;预处理;固化处理;路用性能
摘要：	浙江省沿海地区分布着深厚的海相黏土层，其较差的工程性质致使该地区产生的工程废弃土难以直接利用于工程建设之中。近年来，土壤固化技术的快速发展为此类废弃土的道路资源化利用提供了可行途径，即使用土壤固化剂将工程废弃土转化为适用于各等级道路(底)基层或路基的铺筑材料，可助力交通基建的绿色高质量发展。本文以温州地区公路桥梁桩基础施工时产生的废弃海相黏土(钻渣)为研究对象，从提升可加工性和路用力学性两方面，提出“预处理+固化处理”的综合固化处理方案;从“以废治废”的角度进行选材，逐级替代传统固化方案中的水泥与石灰，开展了预处理剂和复合固化剂的研制试验和相应固化土的路用性能试验，主要工作和成果如下: 　　(1)开展单掺/复掺试验，使用生石灰与重质碳酸钙粉组成预处理剂，探查其对废弃海相黏土的脱水速率、液塑限、击实特性等工程指标的影响，并建立起上述指标与土料风干时间的联系，结果表明:预处理剂最优配比为:生石灰掺量3％,重质碳酸钙掺量3％;经最优预处理剂改性后，废弃海相黏土的脱水速率显著提升,塑性指数降低至14.8,土质变得疏松且易于破碎，符合固化基土要求;重质碳酸钙粉能减缓生石灰的改性速率，帮助生石灰在高含水率废弃土中分散得更为均匀,并使絮凝生成的团粒更为细小疏松。　　(2)开展单掺优化试验，使用由矿渣、电石渣、石膏、硅酸钠等组成的碱激发改性剂对既有水泥-石灰-粉煤灰固化剂(WSS-Ⅰ)进行改进，测试7d、14d与28 d龄期的无侧限抗压强度与水稳定系数，结果表明:当WSS-Ⅰ与碱激发改性剂的掺配比例为6∶4时，固化土的各龄期水稳定系数达标且强度最高，将该比例作为最优配比组成水泥-石灰-碱激发复合固化剂，命名为WSS-Ⅱ。　　(3)开展WSS-Ⅱ固化土路用性能对比试验，结果表明:WSS-Ⅱ固化剂优于水泥，且预处理有利于固化土强度提升;当WSS-Ⅱ掺量为1％～ 2％时，固化土可作为高等级公路路基填筑材料，而当掺量为3％～ 5％时，则可作为各等级公路(底)基层铺筑材料。　　(4)开展控制变量试验，分别使用矿渣和粉煤灰与电石渣组成碱激发土壤固化剂，以7d、28 d、60d龄期强度为指标确定固化剂的最优配比，并探究不良制备与养护条件对固化效果的影响，结果表明:在15％的掺量下，两种固化剂的最优配比分别为:矿渣∶电石渣为3∶2,粉煤灰∶电石渣为6∶5;矿渣-电石渣固化剂的效果虽优于粉煤灰-电石渣固化剂，但与水泥相比仍有差距;混合料含水率控制不当、延迟时间过长、低温养护均对矿渣-电石渣碱激发固化剂有较强的负面影响。　　(5)基于田口优化法探究了纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米Al2O3、矿渣-电石渣质量比和养护环境温度等因素对碱激发固化剂性能的影响，通过方差分析确定了各因素对土体强度的贡献度，利用均值-信噪比法确定了各组分影响力并对固化剂配合比进行优化，结果表明:将标准/低温养护条件下的7d与60 d抗压强度最大值作为目标，得出固化剂的最优配合比(命名为NAAS):纳米SiO2掺量0.3％,纳米CaCO3掺量0.75％,纳米Al2O3掺量0.4％,矿渣-电石渣质量比为1.5;预测值与确证试验值差异性较小，验证了本次优化设计的可靠性;在不同的养护温度下，各因素的贡献度有明显差异:标准养护时矿渣-电石渣质量比与纳米SiO2掺量的贡献度较高，低温养护时纳米Al2O3掺量与纳米SiO2掺量的贡献度更高; 　　(6)通过X射线衍射和扫描电镜分析研究了不同预处理剂与固化剂作用下土体的微观形貌和矿物相组成，结果表明:预处理剂的絮凝-团结和离子交换作用使得黏土矿物间的接触形式发生改变，提升了土体微结构的疏松性;WSS-Ⅱ固化土与NAAS固化土中均生成了水化硅酸钙、水化铝酸钙、AFm相等水化物，带来土体宏观力学强度的提升，但两者因反应机理的不同而在水化物的早期形态与后期演化上存在明显差异;NAAS中的复合纳米材料提升了碱激发反应速率，促进水化硅铝酸钙和AFm相等水化物在低温养护条件下的多样化生成。
作者：	吴越鹏
专业：	土木工程
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