【摘要】：水泥土因其原土利用率高、價格低廉、施工方便、加固形式靈活、環(huán)境效益好等優(yōu)點,在工程建設領域得到了廣泛應用。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,工程建設環(huán)境日益復雜,對水泥土的強度、抗?jié)B透性、耐久性等工程特性提出了更高的要求。此外,水泥的大量生產(chǎn)導致能量過度消耗、原材料日益枯竭,且造成了嚴重的環(huán)境污染。為此,尋找合適的外摻劑提高水泥土工程特性成為水泥土工程研究的熱點問題。煤系高嶺石是與煤伴生的高嶺石資源,多以夾矸的形式存在,常被當作矸石廢棄。山西是我國的產(chǎn)煤大省,省內(nèi)大量的矸石堆存不僅占用耕地,而且對周圍環(huán)境造成了嚴重的污染。本課題以煤系高嶺石在800℃溫度下煅燒40min形成的偏高嶺土部分替代水泥,測試了煤系偏高嶺土對水泥砂土和水泥粉土強度、滲透、耐硫酸鹽腐蝕等宏觀特性及水化產(chǎn)物的化學成分、微觀結構和孔隙結構等細觀特性的影響,揭示了煤系偏高嶺土改善水泥土工程特性的微觀機理,得到了以下有益結論:(1)通過對5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別養(yǎng)護至7d、28d、90d進行無側限抗壓強度測試,得出摻入煤系偏高嶺土可有效改善水泥砂土及水泥粉土的無側限抗壓強度,最佳煤系偏高嶺土與水泥質(zhì)量比為1:6~1:4。在最佳配合比范圍內(nèi),水泥砂土7d強度可提高84.55%,28d強度可提高112.9%,而90d強度可提高64.35%;水泥粉土7d強度無顯著提高,28d強度可提高77.15%,90d強度可提高66.95%。(2)通過對5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別養(yǎng)護至7d、28d、90d進行常水頭滲透試驗測試,得出煤系偏高嶺土可有效改善水泥砂土及水泥粉土的抗?jié)B性能,最佳煤系偏高嶺土與水泥質(zhì)量比為1:6~1:4。在最佳配合比范圍內(nèi),水泥砂土7d齡期滲透系數(shù)可降低48.86%,28d滲透系數(shù)可降低76.48%,90d滲透系數(shù)可降低84.63%;水泥粉土7d齡期滲透系數(shù)可降低40.13%,28d滲透系數(shù)可降低69.51%,90d滲透系數(shù)可降低85.27%。(3)通過對5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別在5種濃度的硫酸鈉溶液中養(yǎng)護至28d和90d進行無側限抗壓強度測試,得出摻入煤系偏高嶺土使各濃度硫酸鈉污染水泥土的強度均得到顯著提高,隨著煤系偏高嶺土摻量的增加,水泥土強度呈先增加后減小的變化規(guī)律,當煤系偏高嶺土摻量為3%時,水泥土強度達到最大值。煤系偏高嶺土水泥土抗硫酸鈉腐蝕性能最佳的硫酸鈉濃度閾值為18g/L,低于該濃度對復合水泥土強度有提高作用,高于該濃度將導致水泥土強度降低。(4)通過對5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別在5種濃度的硫酸鈉溶液中養(yǎng)護至28d和90d進行電阻率測試,得出摻入煤系偏高嶺土對水泥土電阻率具有提高作用。隨著煤系偏高嶺土摻量的增加各濃度硫酸鈉溶液養(yǎng)護的水泥土電阻率均呈先增加后減少的趨勢,當煤系偏高嶺土摻量為3%時水泥土電阻率達到峰值。隨著硫酸鈉濃度的增加,煤系偏高嶺土復合水泥土電阻率呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢,當硫酸鈉濃度為18g/L時,水泥土電阻率達到峰值。通過分析證實煤系偏高嶺土復合水泥土的腐蝕強度與電阻率具有強相關性,可通過電阻率進行煤系偏高嶺土復合水泥土的無損檢測。(5)通過對不摻煤系偏高嶺土和摻入3%、5%煤系偏高嶺土的水泥土的化學成分及微觀結構測試,證實煤系偏高嶺土復合水泥土中發(fā)生了火山灰反應,使水泥土中CH含量降低,膠凝性產(chǎn)物C-S-H數(shù)量增多,且由高n(Ca)/n(Si)的針狀、絮凝狀不穩(wěn)定狀態(tài)向低n(Ca)/n(Si)的膠凝狀高強度、穩(wěn)定的狀態(tài)轉變。(6)通過對硫酸鈉溶液養(yǎng)護的不摻煤系偏高嶺土和摻入3%、5%煤系偏高嶺土的水泥土化學成分分析和水化產(chǎn)物微觀結構測試,發(fā)現(xiàn)28d齡期摻入煤系偏高嶺土使水泥土中參與硫酸鈉腐蝕的CH含量及膨脹性產(chǎn)物數(shù)量減少,水泥土的抗硫酸鈉腐蝕性提高。(7)通過理論分析以及微觀試驗研究,證實煤系偏高嶺土改善水泥土工程性質(zhì)的機理在于二元膠結材料(水泥和煤系偏高嶺土)最大密實度的形成,煤系偏高嶺土的火山灰作用及其物理填充作用所導致的微觀結構密實的界面區(qū)以及孔隙結構及力學性能得到有效改善的復合結構體。
【圖文】：

太原理工大學博士研究生學位論文性、結晶度等的影響；另一方面是偏高嶺土對水泥基材料嶺土在水泥基材料中應用的研究現(xiàn)狀。材料來源種由硅氧四面體和鋁氧八面體通過共用氧原子層疊堆砌構形式見圖 1-2，理論化學式為 A12O3·2SiO2·2H2O，，A12O3(39.5％)，H2O(13.96％)[98]，，通常含有 Fe2O3、TiO2、質(zhì)，在世界上有 60 多個國家和地區(qū)均有高嶺土分布[99]。

圖 1-3 不同高嶺土的外觀Figure 1-3 Appearance of different Kaolin1.3.2 偏高嶺土在水泥基材料中的應用高嶺土經(jīng)過煅燒形成的偏高嶺土粒徑小，且具有較強的火山灰性質(zhì)，科研人員將其在砂漿、混凝土及水泥土中的作用效應及機理進行了廣泛研究，其中偏高嶺土在砂漿、混凝土中的應用研究已趨成熟，在水泥土中的應用還處在探索階段。姜廣等[113]研究了偏高嶺土對高強度水泥砂漿物理力學性能的影響，試驗結果表明偏高嶺土的火山灰活性高于硅灰，由于其不規(guī)則的顆粒形貌會降低新拌砂漿的流動度，降低水泥砂漿的抗折強度，但是能提高水泥砂漿的抗壓強度和抗?jié)B性能；曾俊杰等[114]比較了偏高嶺土和硅灰部分替代水泥后，養(yǎng)護不同齡期對水泥砂漿干縮性能的影響，結果表明偏高嶺土可改善水泥砂漿的干縮性能，而硅灰水泥砂漿的干縮量則呈先減小后增大的變化趨勢；李福海等[115]研究了偏高嶺土及粉煤灰等量替代水泥對活性骨料膨脹的抑制作用及機理，結果表明摻入 20%的偏高嶺土即可抑制堿骨料反應，而粉煤灰則需要
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU52

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本文編號：2614281