赤泥—石灰土抗剪性能及渗透特性研究

发布时间：2020-04-03 05:30

【摘要】：在制铝工业中,生产氧化铝会排出大量污染性废渣-赤泥,其排放量大,但消耗量较小,因而造成了赤泥的大量堆存。这不仅占用土地资源,还会引起土壤、水体和大气的污染。而赤泥的资源化利用可以解决以上的问题。赤泥材料呈红褐色,含有SiO_2、Al_2O_3等成分,能在水中凝结堆积,且具有吸附性和胶凝性。而石灰土具有良好的板体性,但其温缩、干缩特性较为显著,容易导致土体开裂。通过将赤泥与石灰土按比例配置成固化土混合料,可以用于改善建筑基础及路、地面垫层的性能,能够达到赤泥的资源化利用,并提高石灰土的强度和工程性能。因此在本试验中利用赤泥来改良石灰土,通过室内试验测试固化土体的抗剪强度、复电阻率参数、渗透系数等基本力学性能指标;同时研究了赤泥-石灰土混合料的固化效果及其机理。通过直接剪切试验并结合无损的复电阻率测试方法,得到改良土体剪应力与位移、剪应力与应变的变化关系,分析了赤泥含量、试样垂直压力、养护龄期等因素对固化土抗剪强度的影响,并获取复电阻率参数的变化情况,建立抗剪强度-复电阻率幅值的相关的关系式。通过渗透试验,揭示赤泥含量、固化土体初始含水率、孔隙比、养护龄期等试验条件对渗透系数的影响情况,建立相关变化率的关系式。得到了以下结果:(1)直接剪切试验中,剪应力随剪切位移的增加而增大,其变化速率呈现出慢-快-慢的增长趋势,其中在剪应力快速增长阶段中,剪应力-剪切位移间的变化曲线呈近似线性增长的方式;随着应变的增加,剪应力逐渐增大;赤泥含量增加时,赤泥-石灰固化土的抗剪强度先增大后减小。当赤泥在掺入量为42%~48%时,试样的强度较高;垂直压力加大时,抗剪强度线性增加;对试样进行养护,有利于提高土体的抗剪强度,增强土体的固化性能。(2)电流频率的变化会影响试样的复电阻率幅值和相角等电参数值。随着电流频率的增大,试样复电阻率幅值逐渐减小,幅度先快后慢;相角值先增大后减小,其绝对值呈“U”形变化趋势。综合考虑,试验中选取50kHz电流频率条件下的数据进行分析;试验过程中,复电阻率幅值随剪切面的相互错动而增大。(3)随着试样中赤泥含量和所受垂直压力的增大,复电阻率幅值均呈线性减小趋势,固化土体中可移动离子的数量和孔隙结构发生变化;随着养护龄期的增长,复电阻率幅值成对数增加,其增速在养护后期逐渐减缓;通过测试其剪切过程中复电阻率参数的变化,可以无损地反映土体的受剪变形情况。复电阻率幅值-养护龄期的变化趋势,反映了赤泥-石灰固化土体系的内部反应完成程度。(4)赤泥的掺入可改善石灰土易崩裂破坏的缺点,有利于加强其抗渗能力。固化土的渗透系数随着所掺入赤泥含量的增加而逐渐减小;在土体体系密实度高的状态下,以最优含水率进行试样配置时,固化土取得的抗渗效果最好;试验发现孔隙比的增大对渗透系数的影响较大;试样渗透系数随养护时间的增长而减小。(5)根据直接剪切试验和渗透试验的结果,综合固化土体的基本力学性能指标参数和实现赤泥的规模化利用,建议赤泥的含量为42%。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU41;X758

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