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原文传递无机--有机复合材料固化酸性岩土及其路用性能研究

论文题名：	无机--有机复合材料固化酸性岩土及其路用性能研究
关键词：	固化土;酸性岩土;抗压强度;外加剂;路用性能
摘要：	随着我国高速公路建设的飞速发展和环境保护要求的提高，天然砂、石资源日益短缺，成为重要道路填料的供给瓶颈。而采用岩土固化技术改良工程土，提高其强度和服役性能，被认为是一项具有应用价值的先进技术。在云南宣会高速公路的建设过程中，可以利用大量的隧道渣土替代天然砂石用作路基材料，以显著减少运输成本和天然砂石资源的消耗，同时产生经济和环保效益。本文提出一种适用于固化云南高速公路隧道废弃渣土(酸性岩土)的无机-有机复合固化剂，以改善酸性岩土高含水率、高塑性等不良特性。新型复合固化剂通过固化剂之间的协同作用，可以更好地提高工程土性能，用于道路底基层施工。本文的主要研究内容和结论如下: 　　(1)通过水泥复合一种或多种无机添加剂，探究固化土强度的发展规律。研究表明:水泥单掺Ca(OH)2、二水石膏和无水硫酸钠三种无机添加剂时，在所有配比中固化土强度较优。此外，在保持水泥掺量不变的前提下，复合外掺三种无机添加剂能够充分发挥水泥与无机添加剂之间协同作用，较内掺方式明显提高固化土强度。　　(2)对水泥及无机复合添加剂的掺量开展了配比试验研究。结果显示:在水泥掺量为土质量的15％时，固化土7d无侧限抗压强度已达到高速公路底基层使用的要求。同时，试验结果表明，将无机复合添加剂掺入水泥的最佳掺量为水泥质量的5％,其中Ca(OH)2、二水石膏、无水硫酸钠的比例为1∶3∶1。无机添加剂的加入改善了水泥的水化环境，促进了水化产物的生成，从而提高了固化土的强度和水稳性。　　(3)采用电感耦合等离子体质谱仪、红外光谱仪、等温量热仪对三种离子固化外加剂及其对水泥水化的影响进行测试分析。对试验结果分析得出:三种离子固化外加剂均含有高价阳离子，其中SZ离子固化外加剂含有高浓度Na+离子，并在红外光谱中观察到疏水基团的存在，同时，SZ离子固化外加剂对水泥水化放热速率、水化放热总量起到明显的促进作用。在此基础上，开展了水泥单掺、水泥复合无机添加剂、水泥复合SZ离子固化外加剂、无机-有机复合固化剂四组典型配比固化土的无侧限抗压强度及水稳性研究，并通过XRD、MIP、SEM、FTIR测试分析固化土的微观结构。结果表明:SZ离子固化外加剂的离子交换作用与疏水基团的存在改善了黏土颗粒的亲水性质，使其更易于被压实。同时，SZ离子固化外加剂促进了水泥水化反应，并与无机复合添加剂发挥了协同作用，从而提高了固化土的性能。　　（4）进行了四组典型配比的固化土路用性能研究，包括水泥单掺、水泥复合无机添加剂、水泥复合SZ离子固化外加剂、无机-有机复合固化剂。研究结果表明:无机-有机复合固化土的路用性能具有明显的优势。随着固化时间的增加，固化土的无侧限抗压强度和水稳性得到显著提高。同时，无机-有机复合固化土在不利荷载状态下的承载能力明显提升，其CBR和回弹模量满足极重交通等级的路面强度要求。此外，无机-有机复合固化土无侧限抗压强度随干湿循环次数呈先增大后减小的趋势。
作者：	赵学奇
专业：	土木水利
导师：	周永祥;张鹏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023