【摘要】：本文以內(nèi)蒙古河套地區(qū)粉質(zhì)粘土為原材料，利用水泥固化土技術(shù)原理，通過在水泥土中摻加粉煤灰，再利用強(qiáng)堿激發(fā)粉煤灰水泥土，配制具有高強(qiáng)度及耐久性良好的新型材料，以便應(yīng)用于工程實(shí)際中。本文主要的研究工作有： 1、通過改變水泥土試驗(yàn)條件、改變水泥土成分，研究原材料對(duì)水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響及摻加劑對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響程度，總結(jié)水泥土強(qiáng)度變化規(guī)律。通過對(duì)水泥土、粉煤灰水泥土、復(fù)合水泥土進(jìn)行漸進(jìn)式的研究，設(shè)計(jì)配合比方案。 2、通過改變摻加物質(zhì)及摻加物的用量更新試驗(yàn)方案，來改善水泥土性能。以水泥土中摻加粉煤灰為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究如何提高粉煤灰水泥土及激發(fā)粉煤灰活性以后的復(fù)合水泥土的抗壓強(qiáng)度及耐久性。對(duì)水泥土各摻加劑進(jìn)行權(quán)重分析、各因素用量水平分析及試驗(yàn)的誤差分析，得出粉煤灰水泥土及復(fù)合水泥土的組成成分對(duì)水泥土性質(zhì)的影響權(quán)重，并對(duì)權(quán)重分析結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，使復(fù)合水泥土配合比得到進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)計(jì)出具有高強(qiáng)度的新型復(fù)合材料。 3、對(duì)三類水泥土進(jìn)行滲透試驗(yàn)、凍融循環(huán)試驗(yàn)、抗沖刷試驗(yàn)研究，通過對(duì)三類水泥土養(yǎng)護(hù)不同齡期進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，得出不同水泥土，尤其是被激發(fā)后粉煤灰水泥土及改善后的復(fù)合水泥土的滲透性能及耐久性的變化規(guī)律。結(jié)合水泥土試驗(yàn)過程中的外觀形態(tài)變化及對(duì)微觀電鏡照片進(jìn)行分析，研究水泥土經(jīng)過凍融破壞后，，抗壓強(qiáng)度退化機(jī)理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。由于水泥土屬于粘脆性材料，因此研究水泥土的滲透性及耐久性具有重要的工程實(shí)際意義。 4、宏觀上，對(duì)水泥土破壞的形態(tài)特征進(jìn)行細(xì)致觀察；微觀上，利用掃描電鏡技術(shù)及能譜分析技術(shù)，結(jié)合水泥土固化機(jī)理，深入分析標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后不同水泥土的生成物成分、數(shù)量、形態(tài)及結(jié)構(gòu)的不同，找出不同水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不同的內(nèi)在原因。 5、從力學(xué)機(jī)理分析復(fù)合水泥土的改良效果。對(duì)復(fù)合水泥土進(jìn)行反復(fù)加卸載試驗(yàn)，研究復(fù)合水泥土的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律、彈性模量的變化規(guī)律，通過研究損傷度計(jì)算方法，研究其損傷退化規(guī)律，建立單軸受壓狀態(tài)下復(fù)合水泥土的彈塑性損傷模型。 根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果深入研究分析，得出如下成果： 1、在用強(qiáng)堿激發(fā)粉煤灰水泥土的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交試驗(yàn)，得到復(fù)合水泥土的最優(yōu)配合比為：土壤：水：水泥：粉煤灰：氫氧化鈣：氫氧化鈉：表面活性劑=60.7%：12.3%：10%：7.50%：9%：0.40%：0.10%。此試驗(yàn)方案得到標(biāo)養(yǎng)28d水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為11.04（MPa），結(jié)果非常理想，可用于實(shí)際工程中。各外摻劑因子的權(quán)重為：氫氧化鈉為2.64、粉煤灰為2.62、氫氧化鈣為1.47、表面活性劑為1.27，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，得出試驗(yàn)誤差為0.57，偏差較小，結(jié)果可信度高。 2、通過摻加石灰這種堿性物質(zhì)，可以大大提高粉煤灰水泥土抗?jié)B性能。以摻加15%的粉煤灰為例，加入石灰的粉煤灰水泥土的滲透系數(shù)為1.87×10-8cm/s，是不加石灰的粉煤灰水泥土滲透系數(shù)的33%。由于粉煤灰、石灰是工程常見材料，從而得到一種針對(duì)河套地區(qū)粉質(zhì)粘土抗?jié)B性能良好的材料配比：水：水泥：粉煤灰：石灰：粉質(zhì)粘土=12%：10%：15%：3.75%：59.3%。復(fù)合水泥土方案8的配比與加石灰粉煤灰水泥土相比，28d齡期的復(fù)合水泥土的抗?jié)B性能提高了45%。 3、對(duì)復(fù)合水泥土不同試驗(yàn)方案進(jìn)行了大量地凍融循環(huán)試驗(yàn)研究，得出不同凍融循環(huán)對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度破壞的機(jī)理：凍融循環(huán)12次以后，水泥土強(qiáng)度損傷達(dá)到30%以上，循環(huán)20次以后，水泥土基本被完全破壞。結(jié)合復(fù)合水泥土凍融破壞的變形特征，得出了復(fù)合水泥土凍融破壞過程強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失的變化規(guī)律，對(duì)凍融后水泥土強(qiáng)度的變化規(guī)律進(jìn)行擬合，得出擬合曲線方程。 4、結(jié)合SEM試驗(yàn)照片和能譜分析，觀察了粉煤灰水泥土及復(fù)合水泥土的微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了復(fù)合水泥材料的生成物類別和形態(tài)，進(jìn)一步分析了粉煤灰水泥土及復(fù)合水泥土的固化機(jī)理，從本質(zhì)上找出了復(fù)合水泥土抗壓強(qiáng)度性能、抗?jié)B性、耐久性優(yōu)于水泥土的內(nèi)在原因。 5、通過對(duì)不同類別不同齡期的水泥土進(jìn)行反復(fù)加卸載試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分析水泥土與復(fù)合水泥土的應(yīng)力應(yīng)變不同及變化規(guī)律，推導(dǎo)應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)方程；根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析復(fù)合水泥土的細(xì)觀損傷機(jī)制及其損傷演化規(guī)律，定義并得出復(fù)合水泥土這種新材料的損傷度，建立單軸壓縮條件下的彈塑性損傷模型。
【圖文】：

摻合粉煤灰的復(fù)合水泥土力學(xué)性能及耐久性試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容、試驗(yàn)方案及水泥土固化機(jī)理材料試驗(yàn)用土樣取自內(nèi)蒙古河套地區(qū)的粉質(zhì)粘土，內(nèi)蒙古冀東水泥廠生5 普通硅酸鹽水泥作主料，以托縣電廠豐富的 F 類、Ⅰ級(jí)粉煤灰作輔料、氫氧化鈉及表面活性劑作為摻加劑，研究水泥土和摻加不同外摻劑后的變化，著重研究摻加粉煤灰的基礎(chǔ)上水泥土的各項(xiàng)性能的變化，改良套地區(qū)粉質(zhì)粘土的高性能復(fù)合水泥土。土樣的選取蒙古河套地區(qū)是一個(gè)封閉斷陷盆地，擁有發(fā)育巨厚的細(xì)粒泥砂質(zhì)沉積物非常豐富，如圖 2 所示：

表 3 粉質(zhì)粘土的顆粒分析Table 3 Analysis of particle silty clayd /mm 5>d>2 2>d>1 1>d>0.5 0.5>d>0.25 0.25>d>0.075 0.075>d>0.005 D≤0.005P/% 0.01 0.21 5.58 11.27 26.87 39.35 16.71將所取土樣風(fēng)干、碾碎、過粒徑為 2mm 的標(biāo)準(zhǔn)方孔篩，放在 SEM 電鏡下做能譜分析，可以觀察土樣的微觀結(jié)構(gòu)及土樣的元素組成。土樣的宏觀結(jié)構(gòu)見圖 3（a），土樣的微觀結(jié)構(gòu)見圖 3(b)，對(duì)土樣元素進(jìn)行能譜分析，組成見表 4。土樣的主要化學(xué)成份物質(zhì)有 SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K、長(zhǎng)石等。Ca2+Mg2+CO32-HCO3-CL-SO42-K+pHcmol/kg cmol/kg cmol/kg cmol/kg cmol/kg cmol/kg cmol/kg0.73 1.62 0.01 0.69 4.49 5.78 8.37 8.26
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU521.3

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 林起奮;陳峰;;粉煤灰水泥土的力學(xué)特性和固化機(jī)理研究綜述[J];福建建材;2014年07期

2 楊靜;陶永靖;;復(fù)合水泥土強(qiáng)度特性研究綜述[J];山西建筑;2014年15期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 程強(qiáng)強(qiáng);粉煤灰水泥加固海相粘土的力學(xué)特性研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2018年

2 周海龍;脫硫石膏—粉煤灰復(fù)合水泥土耐久性能與固化機(jī)理研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 溫懷青;再生骨料混凝土試驗(yàn)研究[D];河北工程大學(xué);2018年

2 喬木;生土-煤矸石再生混凝土試驗(yàn)研究[D];成都理工大學(xué);2018年

3 訾巖珂;硫酸銨侵蝕環(huán)境下水泥土力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D];江西理工大學(xué);2017年

4 田曉敏;復(fù)合低摻量水泥紅粘土力學(xué)及耐久性能研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

5 張精禹;化學(xué)溶液對(duì)水泥土滲透性能影響的試驗(yàn)研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2016年

6 陳啟宏;洞庭湖區(qū)淤泥質(zhì)土水泥土強(qiáng)度特性研究[D];湖南工業(yè)大學(xué);2015年

7 吳亞明;兩種改性水泥土的制備與力學(xué)性能研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

8 張雪勤;雙摻粉煤灰和礦渣混凝土的氯離子擴(kuò)散機(jī)理研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2015年

9 陳家寶;公路路面低成本水泥穩(wěn)定基層材料優(yōu)化及性能研究[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2015年

10 楊靜;納米水泥土的剪切特性[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2518011