工业固废固化日光温室戈壁土墙体的力学与热学性能研究

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本文以解决新疆非耕地地区日光温室墙体存在材料短缺、承载力差、工程成本较高等问题为目标,在因地制宜、就地取材的基础上,采用矿渣、电石渣、脱硫石膏研发一种适合温室戈壁土墙体的低成本新型环保固化材料并作为研究主要对象。一方面,通过室内试验探究该材料各成分对固化戈壁土力学性能的影响规律并建立力学计算模型,借助微观测试分析了该材料固化戈壁土内部结构、水化产物及水化进程,将其与传统水泥固化剂固化戈壁土作为后墙材料进行对比。另一方面,通过室外试验探索了该材料固化戈壁土墙体在工程建设中的适用性及实用性,为新疆非耕地墙体固化方案提供理论依据。研究主要内容及结论如下:
  (1)采用击实试验、无侧限抗压强度试验分析了各固废胶凝材料掺量对最优含水率、最大干密度及不同龄期抗压强度的影响权重关系,分析结果表明矿渣掺量影响最大,适当增加矿渣掺量有助于提高固化土无侧限抗压强度;并基于PPR理论,建立了抗压强度计算模型,采用该模型仿真计算可分析各材料掺量对固化戈壁土无侧限抗压强度的影响规律。
  (2)通过电镜(SEM)试验和X射线衍射试验(XRD)确定了该胶凝材料体系水化产物主要有二氧化硅晶体、钙矾石、水化硅酸钙、氢氧化钙晶体和二水石膏晶体;随龄期增长钙矾石、水化硅酸钙含量增多且相互交错形成网架结构填充固化戈壁土的内部孔隙,使其内部结构更加致密。
  (3)全固废材料固化戈壁土7d抗压强度可高于大部分成品固化剂固化戈壁土7d无侧限抗压强度,全固废胶凝材料体系可替代其它固化剂作为戈壁土的固化材料。
  (4)提出了综合考虑固化戈壁土抗压强度、导热系数的全固废材料配合比优化方法,为解决工程中多目标优化问题提供参考。
  (5)根据导热系数试验研究确定了各固废胶凝材料掺量对导热系数的影响权重为:矿渣>电石渣>脱硫石膏;利用有限元分析软件ABAQUS对固化戈壁土充当日光温室后墙体的传热模型进行求解,并依据现场实测值验证了该有限元计算模型具有较好的准确度及可靠性,应用该有限元计算模型对墙体结构尺寸进行优化分析并确定了该固化戈壁土墙体最优尺寸为长4m、上宽1m、下宽1.4m、高3m。
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