不同环境下掺加纳米矿粉的淤泥固化土宏微观特性

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固化方法是处理高含水率淤泥的常用方法之一。随着固化土应用范围的扩大,工程中常碰到污水、酸雨、垃圾渗滤液和海水等环境因素对固化土的影响问题,导致固化土强度劣化,产生耐久性问题,因此寻求适宜的固化剂和外掺剂,改善固化土的抗侵蚀性能一直是学术界和工程界关注的热点。本文针对宁波某高含水率滩涂淤泥,以水泥和混合共掺的纳米硅粉和纳米铝粉为固化剂,分析自来水、海水、硫酸镁溶液、酸性养护环境下的固化土强度和变形特性发展规律,探讨固化土的抗硫酸盐侵蚀及抗冻融特性,并借助微观测试,分析环境因素的影响机理以及纳米矿粉的作用机理,旨在为解决不同环境下高含水率淤泥的固化问题提供理论指导。具体的研究内容和获得的结论如下:(1)研究自来水养护环境下纳米矿粉掺量、龄期等因素对固化土宏观性能的影响规律,试验表明,纳米矿粉能显著提升固化土的无侧限抗压强度,与未掺加纳米矿粉的固化土相比,7d、28d和60d固化土强度最大增长率为41.1%、35.9%和36.8%,同时压缩性大幅减小,28d固化土的压缩指数最大下降率为50.9%。(2)海水养护环境下的固化土宏微观试验表明,海水导致固化土性质劣化:与自来水养护相比,7d,28d和60d固化土强度分别下降10.7%、17.5%和6.1%,而掺加纳米矿粉后,7d,28d和60d固化土强度的最大提高值达64.0%、44.7%和15.5%,压缩指数最大下降42.4%;海水显著影响固化土微结构,28d固化土的SEM照片定量分析表明,孔隙度分维值从2.03(aw=0%)降低至1.98(aw=4.5%),微观结构得到明显改善,主要原因是由于纳米矿粉的火山灰、促进水泥水化、填充等效应发挥。(3)硫酸镁溶液养护下的固化土宏微观试验表明,硫酸镁溶液的侵蚀效应十分明显,普通固化土7d,28d强度分别下降了5.4%和30.1%,而纳米矿粉的加入使固化土强度最大增加了34.1%和38.9%,压缩指数最大下降了45.8%;28d固化土的SEM照片定量分析表明,固化土孔隙度分维值从2.46(aw=0%)降低至2.08(aw=4.5%),纳米矿粉对固化土的微结构改善明显。(4)酸性养护环境下,无论是否加入纳米矿粉,各龄期下固化土的强度均比普通养护的高,原因与本次试验土体自身含盐量及整个养护过程中H+浓度有关;掺加纳米矿粉,7d,28d和60d固化土强度最大增加了37.1%、32.2%和13.7%(60d)。(5)针对自来水养护和海水养护环境下的90d固化土,开展冻融循环试验,结果表明,无论是自来水还是海水养护,当纳米矿粉掺量为4.5%时,均能显著减弱冻融对固化土的影响;28d固化土的抗硫酸盐侵蚀试验表明,当纳米矿粉掺量为4.5%时,能增强固化土抗硫酸盐侵蚀的能力。
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