赤泥用于路面基层材料的改性与机理研究

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赤泥是氧化铝过程中产生的固体工业废弃物,我们国家作为制铝大国,产生了巨量的赤泥,由于赤泥利用率低,赤泥余量已经越来越大,赤泥的堆存以及污染问题越来越严重,如何大规模消耗赤泥,将其变废为宝迫在眉睫。本文在传统二灰稳定赤泥的研究基础上,引入煤系偏高岭土(CMK)和水泥作为改性剂,对二灰稳定赤泥进行改性,以期可以更好的大规模消耗赤泥。通过不同掺量的煤系偏高岭土和水泥,研究改性赤泥的无侧限抗压强度、抗渗性能,以及电阻率;通过XRD和SEM现代测试手段分析改性赤泥微结构以及生成物,为赤泥的大规模使用提供试验和理论参考。本文主要研究内容如下:(1)在传统二灰稳定赤泥(赤泥:粉煤灰:石灰=80:10:10)情况下,引入煤系偏高岭土和水泥分别等量取代石灰1%、2%、3%、4%和5%,测试7d、28d和90d龄期下的无侧限抗压强度,探究不同掺量改性剂在不同龄期下的强度发展规律。结果表明:改性赤泥强度随CMK掺量的增加,强度呈现先增加后降低的趋势,CMK的最优掺量是2%;随着水泥掺量的增加,改性赤泥的强度总体表现为先快速增长,后趋于稳定,水泥的最优掺量是3%;随着CMK掺量的增加,改性赤泥7d~28d无侧限抗压强度增长明显,平均增长率2.39%/d;28d~90d无侧限抗压强度增长较为缓慢,平均增长率为0.50%/d;随着水泥掺量的增加,改性赤泥无侧限抗压强度随龄期增长的变化趋势与CMK大致相同,改性赤泥7d~28d无侧限抗压强度增长明显,平均增长率1.84%/d;28d~90d无侧限抗压强度增长较为缓慢,平均增长率为0.10%/d。(2)采用渗透仪,测试了28d龄期时各配比渗透系数的变化情况,以及渗透系数随CMK和水泥掺量的变化而变化的情况,探究渗透压强及改性剂掺量对改性赤泥抗渗性能的影响。结果表明:随着渗透压强的增加,CMK掺量为2%~3%时,渗透系数增大较小,掺加水泥的改性赤泥渗透系数都只有小幅增加;改性赤泥的渗透系数随CMK掺量的增加出现先减少后增加的趋势,当CMK掺量为2%时,渗透系数达到最小值,随着水泥掺量的增加,渗透系数先快速下降后逐渐放缓,水泥掺量小于3%时,渗透系数下降明显;当水泥掺量大于3%时,渗透系数下降较少,趋于稳定。(3)采用LCR数字电桥,测试各配比在7d、28d和90d养护龄期的电阻率,研究CMK和水泥掺量对改性赤泥电阻率的影响,探究用电阻率表征改性赤泥无侧限抗压强度的可行性。结果表明:电流频率对各配比改性赤泥试样的电阻率影响大致相等。随这电流频率的不断增大,电阻率整体上呈现先急速下降后逐渐平缓的趋势,本文后续的研究将均采用50k Hz时所对应的电阻率值进行分析研究。随着CMK掺量的增加,电阻率呈先增长后下降的趋势,掺量为2%时,达到峰值;随着水泥掺量增加,改性赤泥电阻率随着水泥掺量的增加出现小幅下降随后上升的趋势。不同龄期下,CMK改性赤泥的电阻率随龄期的增加而出现整体上升的趋势,当CMK掺量小于2%时,养护龄期早期(7d~28d)电阻率增长较慢,后期(28d~90d)电阻率增长较大;CMK掺量为3%~5%时电阻率增长幅度前后一致。水泥改性赤泥的电阻率随龄期也同样整体属于增长趋势,水泥掺量0%~2%时,改性赤泥电阻率在整个养护龄期均呈现较为稳定的增长,水泥掺量为3%~5%时,改性赤泥电阻率在养护龄期早期有一个较大的增长,后期增长率较小,最后趋于稳定。(4)采用X射线衍射仪,对纯赤泥、二灰稳定赤泥、2%水泥掺量改性赤泥以及2%CMK掺量改性赤泥进行成分检测,研究改性赤泥的水化产物成分。结果表明:通过X射线衍射图样可以发现,随着改性剂的不同,改性赤泥中的生成物二氧化硅、碳酸钙以及氧化铁等主要生成物不变,掺加CMK时,生成物出现钙矾石;掺加水泥时,生成物中有氢氧化钙和钙矾石,这些物质的生成都显著改善了赤泥的结构,提升了赤泥的性质。(5)采用扫描电子显微镜,对二灰稳定赤泥、2%水泥掺量改性赤泥以及2%CMK掺量改性赤泥进行形貌观测,研究改性剂对改性赤泥内部结构的影响。结果表明:二灰稳定赤泥结构疏松,随着CMK的掺加,孔隙率减少,结构致密;随着水泥的掺加,生成物种出现凝胶以及块状物质,进一步填充了孔隙,极大的改善了二灰稳定赤泥基层材料的物理力学性能。
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