淤泥快速固化及力学特性研究

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淤泥是一种分布广泛、工程性质极差且难以快速固化的软土,以硅酸盐水泥为主的化学固化法通常固化周期较长,且早期强度不高,无法满足抢险救灾、应急道路抢通等紧急工程任务中对淤泥类土的快速固化需求。本文针对具有“三高两低”特性的淤泥难以快速固化之难题,通过双掺试验、响应面分析、力学和微观试验、化学和矿物成分分析及理论分析等研发了复合型早强土壤固化剂(CRSS),揭示了固化淤泥早期强度发展规律,研究了固化淤泥的渗透、强度和变形等工程力学特性,分析了快速固化机理。研究成果为淤泥的快速固化应用奠定基础,对促进淤泥的资源化利用具有重要意义。主要工作和成果如下:(1)研发了复合型早强土壤固化剂CRSS。研究分析了8种常见外加剂对CSA固化淤泥早期(1d)强度的影响,根据试验结果确定外加剂种类和适宜掺量范围,采用响应面分析方法得到CRSS固化剂各成分最优配比。CRSS固化淤泥强度随养护龄期呈对数规律增长,养护1h和1d无侧限抗压强度分别达到3MPa和9MPa,养护1d的强度是早强型复合硅酸盐水泥固化试样强度的5.9倍。(2)研究了快速固化淤泥的工程力学特性。对不同CRSS掺量(0%、5%、10%、15%、20%)固化淤泥开展了变水头渗透试验、等压固结试验和三轴固结排水剪切试验。结果表明,随固化剂掺量增大,固化土渗透性和压缩性逐渐减小,减小幅度逐渐降低;三轴剪切应力应变曲线由应变硬化型逐渐向应变软化型发展,体变曲线的剪缩量减小而剪胀量增加。固化剂掺量超过5%以后,固化土破坏偏应力和粘聚力近似线性增大,给出了考虑固化剂掺量的固化土强度经验公式。并在邓肯-张模型基础上建立了固化淤泥的非线性本构方程。(3)分析了CRSS快速固化淤泥机理。阐明了主要外加剂的相互作用机制,明确了固化淤泥的水化产物种类,主要产物钙矾石微观上呈短柱状,更有利于密实土体,压汞试验表明固化淤泥粘聚力与最可几孔径之间存在线性关系。结合宏观力学特性分析了CRSS快速固化淤泥机理,主要包括调节早期水化反应速度、降低水分不利影响、胶结和填充等作用。
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