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原文传递拜耳赤泥基泡沫轻质土研发与性能试验

论文题名：	拜耳赤泥基泡沫轻质土研发与性能试验
关键词：	赤泥;泡沫轻质土;稳定性;抗冻特性;胶凝材料
摘要：	近年来，泡沫轻质土因其轻质、高强、流动性好、施工效率高的优点，成为解决交通领域不均匀沉降等路基病害问题的有效方法。传统泡沫轻质土主要以水泥作为胶凝材料，协同矿渣粉、粉煤灰等通过发泡工艺进行制备。随着交通强国和双碳战略的实施,利用工业固体废弃物代替水泥做胶凝材料制备泡沫轻质土逐渐成为研究热点。拜耳赤泥作为最难利用的工业固废之一，堆存量巨大，且每年仍以千万吨规模增加。研发赤泥基泡沫轻质土并应用于交通工程建设中，可获得巨大的工程价值和生态效益。本文立足于路基充填工程建设需求，开展了赤泥基胶凝材料配比设计、复合耐碱泡沫剂性能优化、赤泥基胶凝材料与泡沫剂适应性研究，实现了赤泥基泡沫轻质土的制备与性能调控。主要研究内容及成果如下: 　　(1)开展了高钙型固废矿渣粉与赤泥协同利用下浆体凝结时间和抗压强度的变化规律研究，阐明了pH值和稀释倍数对复合泡沫剂发泡倍数、泡沫稳定性的影响，确定了赤泥基泡沫轻质土的最优配比为赤泥掺60％、矿渣粉掺40％、NaOH外掺6％,水胶比0.6。复合泡沫剂FM-20AB∶XG∶W=1∶0.2∶60,泡沫掺5％时孔隙均质，28d抗压强度为1.05MPa,流动度为212mm,湿容重为9.1kN/m3。　　(2)揭示了水泥、脱硫石膏、水胶比和外加剂对赤泥基泡沫轻质土凝结时间、流变特性和抗裂性能的影响规律。其中水泥可以显著缩短赤泥基泡沫轻质土凝结时间，10％水泥掺量初凝时间最短为168min,2％～10％掺量脱硫石膏可以实现初凝时间在226～331min内调控。0.4～0.7水胶比和萘系减水剂对改善新拌浆液流动性能最为显著，0.45～0.6水胶比的流动度介于160～212mm之间，有利于现场浇筑;0.3％萘系减水剂掺量在水胶比0.5时可将流动度由165mm增加至176mm。单掺1.5％玻璃纤维或单掺12％膨胀剂可显著减少开裂现象，相比于对照组裂缝宽度分别减少了71.9％和50％,室温下试件的开裂时间分别延长了513.5％和408.1％。　　(3)利用CCD工业相机和Image-ProPlus图像处理技术，研究了各项孔隙结构参数对赤泥基泡沫轻质土物理力学性能的作用规律。孔隙率、孔径均与泡沫掺量呈线性关系，与抗压强度呈幂函数关系。泡沫掺量由3％增加至7％,孔径分布曲线逐渐发散，小孔(＜300μm)占比下降，大孔(＞600μm)占比升高，圆度值由1.22减小至1.12后又增加至1.35,泡沫掺量5％时孔形最接近于圆形，有利于提升抗压强度。　　(4)针对水作用和冻结作用引起的路基破坏问题，研究了孔隙结构对赤泥基泡沫轻质土水稳定性的影响规律，分析了循环次数和融化温度对抗冻性能的影响规律。孔隙率由19.2％增加至68.0％时，孔径由187.5μm增加至316.3μm时，28d吸水率由17.9％增加至65.6％,28d软化系数由0.86减小至0.20。冻融循环作用下，质量损失和抗压强度损失呈增大趋势，分别由1.0％、8.2％增加至25.5％、58.6％,融化温度越大失效越快。25次循环后，3％、4％和5％泡沫掺量的赤泥基泡沫轻质土质量损失不超过5％,抗压强度损失不超过20％,试件的抗冻性良好。冻融循环破坏孔隙结构，融化温度20℃的试件孔隙率由26.1％增加至72.8％,孔径由211.6μm增加至332.9μm,孔径分布由小孔集中向大孔集中发展。
作者：	于婷婷
专业：	岩土工程
导师：	李召峰;林春金
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023