新型固化剂加固海相软土的机理及影响因素研究

发布时间：2020-07-21 07:47

【摘要】：近年来,江苏沿海地区不断扩大的建设规模需要更多的土地资源,然而该地区优质的土地资源有限,这就需要将广泛分布的具有高含水量、高液限、低密度、低强度、高压缩性及高灵敏度等特点的海相软土加以利用。在试验中发现一种新型固化剂,具有在高水灰比情况下速凝早强、结石率高等特点,恰好适用于海相软土的固化。深入研究新型固化剂固化高含水率、且含有一定有机质的氯盐渍海相软土的固化效果和机理,对指导工程实践、推广新型固化剂的工程应用具有重大意义。本文通过向风干的海相软土中添加腐殖酸钠和氯化钠,人工调节海相软土的有机质含量和氯盐含量,通过添加胡敏酸和富里酸来改变有机质的成分,并使用新型固化剂对其进行固化。进行了室内的化学分析、加固和力学试验,并借助扫描电镜技术研究各影响因素对新型软土固化剂固化土的微观机理。得到以下主要成果和结论:通过分析新型固化剂主要组成物质的水化反应机理和水化产物,并经试验验证得到新型固化土的硬化机理主要是:新型固化剂溶解水化进而发生离子交换和团粒化作用,随后发生硬凝反应,最终形成新型固化剂-软土的骨架结构体系,氢氧化钙的碳酸化反应使得新型固化剂固化土的强度得到进一步提高。研究了有机质含量、有机质成分、含水率、氯盐含量、养护龄期对新型固化剂固化土强度的影响规律,结果表明:有机质对固化土的影响存在一个相对临界值,当有机质含量超过相对临界值时,固化土强度的下降速率明显减小;腐殖酸中的富里酸比胡敏酸酸性更强,对固化土强度的影响更大;含水率的增加会导致有机质对固化土的不利影响产生“滞后”现象,强度随着含水率的提高而降低;软土中氯盐含量超过弱盐渍土范围后,固化土的强度会大幅降低,氯盐含量越高,强度随龄期的增长速率越缓慢。分析了有机质、含水率、氯盐对新型固化土的影响机理,结果认为:有机质通过吸附于新型固化剂颗粒表面阻碍其水化反应,降低固化土的强度,而有机质中的腐殖酸通过对新型固化剂水化产物的分解腐蚀作用,影响了固化土强度的发展;含水率增高一方面使得新型固化剂的水化产物在软土中分布得更均匀,另一方面使得固化土的孔隙率进一步提高,对固化土的强度造成了双面的影响;少量的氯盐通过抑制硫酸盐的溶解,间接地提高了固化土的强度,一旦氯盐含量达到弱盐渍土范围,则主要以氯化钙的形式溶解,造成固化土孔隙率过大,降低了固化土的强度。通过线性拟合得到似水灰比与无侧限抗压强度的关系,给出浆体水灰比在原状土含水率不同情况下的建议取值范围,提出新型软土固化剂应用于搅拌法和高压旋喷法施工时的工程条件及其对应的固化剂配方,给出其适用的施工技术工艺,为新型固化剂的工程应用提供了参考依据。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU447
【图文】：

海相软土,沿海地区

而我国东部及东南沿海地区广泛分布着深厚的第四纪泻湖相、滨海相等海相沉积软黏土层（如图1-1）[6]，软土的开发和利用因此不断增加，因此在以上的工程建设过程中均会遇到软土工程问题。图 1-1 我国东部沿海地区海相软土分布Figure 1-1 Distribution of Marine soft soil in east coastal areas of China软土工程在我国已有相当长的历史，目前国际上已有的软土工程技术在我国也都有应用与发展。其中水泥土复合地基技术在软土地基加固中得到了广泛应用并取得了一定的效果。但是由于各地软土成因多种多样，物质组成千差万别，因此在加固工程中即使水泥掺入比和施工工艺完全一致，水泥加固软土效果也会有所差异，甚至在一些工程实例中出现了加固失败的问题[7]。而且，水泥系喷浆深层搅拌法施工时，使用的水泥浆均需用灰浆泵输送，要求流动性较大，水灰比一般采用 0.5～0.6，而使用高压喷射注浆法施工时，水灰比更大，加上软弱地基的含水量高，因此，对水泥土强度增长是不利的，有时甚至水泥土中还存在自由水。此外，水泥浆凝固体本身是有收缩性的，水泥土也有微收缩性，这些特点不利于土体的加固[8]。针对水泥土的这些缺点，一种以硫铝酸盐水泥熟料为甲料，以悬浮剂、缓凝剂等制成的添加剂甲，与由石灰、石膏组成的乙料和以悬浮剂、速凝早强剂等制成的添加剂乙，而共同构成的一种新型固体混合材料作为新型软土固化剂恰好能弥补这些缺点。因为这种新型软土固化剂具有高水和微膨胀性。高水是指新型固化剂与软土在高水灰比条件下的凝固体结石率均能达到 100％，且加固体不会泌水，也不存在自由水。此外，新型固化剂浆液凝固体有微膨胀现象，而没有收缩现象。它与软土的凝固体也具备这个特点，因此将新型软土固化剂应用于深层搅拌桩或旋喷桩时，其桩?

技术路线图,研究工作,技术路线

研究工作技术路线

钙矾石,晶体结构,化学方程

2 新型软土固化剂及其固化土的固化机理分析化反应过程的化学方程，当石膏石灰的量比较充足时则发生（2-4）所列化学方程表示的水化反应。在新型软土固化剂实际的水化反应中，两种生成钙矾石的反应是同时发生的。高硫型水化硫铝酸钙（构造式为6 2 12 2 4 3 2[C a Al (O H ) 24 H O] ( SO ) 2H O）也称作钙矾石（AFt），通常为六方无色柱状晶体，其形状主要取决于周围环境，其结构单元如图 2-1 所示。在溶液中，钙矾石易分解出3AH 、2Ca (O H )和4 2CaSO 2H 等产物。而在石灰较多的溶液环境中，当温度升高到 90℃以上是，钙矾石易分解为低硫型水化硫铝酸钙。

【参考文献】