氧化镁碳化管桩工作机理分析

发布时间：2020-09-23 12:00

　　管桩具有质量易控制、施工速度快、工后沉降及不均匀沉降小、单桩承载力高、单位承载力造价便宜等优点,但其水平承载力、抗弯承载力、抗裂性能等方面也存在亟待解决的问题。同时,管桩生产过程中CO2排放量大,能源消耗严重,不能适应绿色低碳、可持续发展的需求。本文首次提出了氧化镁碳化管桩,并对其工作机理进行分析,主要研究内容及成果如下:(1)通过室内配合比试验,研究了粉煤灰对活性氧化镁固化剂的激发效果,在3d、7d、14d、21d、28d时分别进行氧化镁碳化混凝土试样的无侧限抗压强度、抗剪强度、抗裂性能、干燥收缩性能、混凝土的抗折强度以及塑性性能等测试。通过设计多种试验方法测试得出粉煤灰的最佳掺量为30%,试块的抗折强度随粉煤灰掺量的增加而提高,当粉煤灰掺量超过某个临界值时,导致凝结缓慢对混凝土早期抗折强度非常不利。四种粉煤灰掺量的氧化镁碳化试块均表现出较好的变形性能。(2)通过室内模型试验制作了小尺寸的碳化管桩以及不同桩型的混凝土桩,对桩身的水平承载力以及抗弯性能进行了试验测试。结果表明:粉煤灰对活性氧化镁碳化桩的激发效果显著优于lime(熟石灰),主要表现为碳化后的桩水平承载力相对于不碳化的桩均有35%~45%的强度提升,碳化后的管桩水平承载力可比普通圆型实心桩提升15%左右的强度,水平承载性能较突出。三种桩型的碳化桩均表现出良好的变形性能,相对于普通养护条件下的桩,抗弯性能有明显的提升。(3)选取典型的碳化试样,通过X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)、能谱分析(EDX)和热重分析(TGA)等化学、微观测试阐明了Fly ash-Mg O的加固机理。结果表明:存在最优的粉煤灰掺量使的碳化管桩的力学性能大幅提升,最优范围为20%~40%,粉煤灰掺量以及其水化产物与活性氧化镁碳化反应生成的碳酸镁石等产物可以有效地将骨料进行包裹和联接,有效填充了骨料之间的孔隙,提高密实度,碳化反应生成了镁的碳酸化合物等碳化产物,产生了网状结构,从而提高碳化管桩强度。(4)最后对碳化管桩的社会、经济效益进行了分析。结果表明碳化管桩的造价低于普通管桩20~30%。生产能耗降低30~50%,碳排放量减少40~60%,远优于普通管桩。
【学位单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU473.1
【部分图文】：

循环图,循环图

先发明了一种以 PC 和活性氧化镁（MgO）混合的新型水泥，发为固化剂有更好的环境效益的同时拥有优良的工程力学性质。活要来源是固态镁矿石（主要成分 MgCO3），通过煅烧而成，其分O3低，该化学反应的反应方程式如下 1-3：3 2MgCO MgO CO（1-3）gO 遇到水和水分子发生水化反应，水解生成二价镁离子 Mg2+和H-，当二价镁离子 Mg2+，氢氧根离子 OH-于水中的溶度达到饱和氧化镁 Mg(OH)2，其化学反应方程式如式 1-4所示： 22MgO H O Mg OH（1-4）淀出的氢氧化镁 Mg(OH)2为一种疏松多孔的微观结构，氢)2的物理胶结能力弱于氢氧化镁，同时氢氧化镁的物理胶结能水泥水化产物。该过程是可逆的，这意味着基于 MgO-CO2制成有潜在的可回收和可循环性[13]。如图 1-1所示为 MgO和 CO2发生环图。

固化方法,固化剂,波特兰水泥,绿色环保

在波特兰水泥中掺入其他种类的工业副产品以代替；（2）研发低 CO2排放、绿色环保、易于回收化剂/固化方法。在此背景下，本文从上面两个及其理论：（1）基于 MgO 的绿色碳化桩技术桩固化剂；（2）基于 MgO-CO2的碳化桩技术固化剂/固化方法。究现状与水发生水化反应，MgO 遇到水和水分子发生 Mg2+和氢氧根离子 OH-，当二价钙离子 Mg2+，到饱和后，沉淀出氢氧化镁 Mg(OH)2。同石灰H)2也会同粘土矿物的 Si、Al 等元素发生火山灰）、水化铝酸镁等产物（MAH）[16-17]。典型 M

反应产物,体系,主要产物,活性氧化镁

图 1-3 MgO-H2O-CO2体系中可能的反应产物等[19]通过研究表明碳化后活性氧化镁水泥砌块的主要产物为gCO3·3H2O，且有主要产物生产的同时伴随和其他两种碱式碳步研究[20-22]发现这两种碱式碳酸镁分别为(Mg)5(CO3)4(OH)2·)4(OH)2·4H2O）由于这两种产物的微观形态非常接近，很难进 1-4 所示是典型的 Nesquehonite 的 SEM 照片，由图可以ite 的微观结构为菱形柱状体，MgCO3·3H2O 晶体形成了致密 1-5所示，典型的 Dypingite/hydromagnesite 的 SEM 照片为交观形态。

【参考文献】