木质素磺酸钙改性分散性土试验研究
发布时间：2021-01-24 07:36
分散性土抗水蚀能力差,对土木与水利工程造成潜在威胁,在工程实践中现多采用石灰对分散土进行改性处理,以满足工程需求。但是,石灰在生产中会造成一定的环境破坏与污染。木质素作为造纸行业和生物产业的副产品,没有得到有效利用,而且由于就地排放造成环境污染。已有研究表明,木质素作为土体改性材料可改善土体的工程性质。本文基于土-水-电解质理论,采用物理化学试验、分散性试验和力学试验,研究了木质素磺酸钙改性分散性土的工程特性及改性机理,为木质素改性土提供科技支撑。研究主要结论如下。（1）分散性土中掺入木质素磺酸钙,能够降低分散性土的分散性。随着木质素磺酸钙掺量的增多和养护龄期的延长,改性土抗崩解性逐渐提高,分散性逐渐降低。粉末拌和法和溶液喷洒法两种改性方法对改性土分散性没有影响,工程实践中可根据实际情况任选一种方法进行施工。（2）随着木质素磺酸钙掺量的增多,土体的液、塑限和最优含水率逐渐降低,改性土由脆性破坏转向塑性破坏;土体的无侧限抗压强度、变形模量和粘聚力先增大后减小,压缩系数和渗透系数呈现出先减小后增大的趋势,均在0.5%掺量附近取得极值。（3）木质素磺酸钙掺入土体后,随着养护龄期延长,改性土抗...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质素磺酸盐联合电渗法处理分散性土（引自Vakili2018b）
西北农林科技大学硕士学位论文6和硬度，起到抗压作用，使树木生长几十米而不倒，图1-3是木质素在植物细胞中与纤维素和半纤维素的结构位置关系图（Ritter2007）；它还可输导组织的水分运输并为植物细胞提供抗菌、抗氧化、抗吸收紫外线和阻燃等能力以抵抗外界的不良侵蚀。木质素多见于木材等硬组织，少部分存于蔬菜和江河湖海的沉积物之中。19世纪30年代，欧洲的AnselmenPeyen采用硝酸和碱交替处理木材并用有机溶剂洗涤的过程中，发现了除纤维素的另一高碳含量的有机物，他认为在木材中这一有机物质是镶嵌于纤维素之间的，而称这些有机溶出物为“IncrustingMaterial”（Adler1977）。19世纪60年代，Schulze分离提纯出此有机溶出物，并将其命名为“Lignin”（Sjostrom1993），其中文名称为“木质素”，也叫“木素”。图1-3木质素在植物细胞中的结构位置关系（引自Ritter2007）Fig.1-3Structurepositionrelationshipoflignininplantcells（Ritter2007）目前，木质素在以植物纤维为原材料的产业（如木材造纸、纺织制造、木材糖化、生物质材料加工及能源生产等）中，一般都作为废弃物被直接排放。据悉，全世界每年约排出1.5到1.8亿吨工业木质素，其中大多成为污染物被排放到自然界，只有不足1%作为有机化学资源被再利用。如在制浆造纸中，每生产1吨纸浆所排出的1.5吨黑液固形物中，木质素磺酸盐的利用率不足10%。因此，大力发展工业木质素的应用研究对环境保护和资源利用具有重大意义。工业分离木质素主要有两大类，一类可分离出可溶木质素，另一类可分离出不溶木质素。不同的分离工艺得到的木质素副产品也不相同，如木材糖化得到水解木质素、碱法造纸得到碱木质素、亚硫酸盐法制浆得到木质素磺酸盐等。另外，木质素的生物质来源和工业类型也会影响?
第一章绪论7改良土体的相关研究，并给出了木质素分子结构式如图1-4所示。图1-4木质素分子结构式（引自Karol2003）Fig.1-4Molecularstructureformulaoflignin(Karol2003)岩土工程界运用工业木质素进行土体改良主要集中于三个方面，分别是路基土工程性质改良、易侵蚀土的抗侵蚀性改善和道路扬尘控制。工程性质改良方面，Tingle等（2003）采用商业提纯和改性木质素进行了粉砂和粘土的土体改良，得出木质素改良土体强度效果较好并能提高土体的水稳性，试验相关照片如图1-5所示。Ceylan等（2010）采用两种木质素，一种来源于商业生物质转化工厂，另一种是乙醇加工厂的副产品，对低塑限粘土改良后发现，前者在低含水率下改良土强度较高，后者则在高含水率下改良土强度较高。Indraratna等（2015）认为木质素磺酸盐改良粉砂的峰值剪切强度、极限剪切强度和内摩擦角均随用量的增加而增大。木质素磺酸盐处理后土体的体积变化表现为膨胀反应，而塑性变化可忽略不计。Alazigha等（2016）对来自昆士兰州的澳大利亚膨胀土通过木质素磺酸盐进行改良，发现木质素可减少土壤表面积，从而降低土体的水亲和力，最终改善膨胀土的膨胀性。Mathew等（2017）开展了木质素磺酸钠和水泥替代海洋粘土的研究，结果表明木质素磺酸盐的最佳掺量（5%）显著提高了改良土无侧限抗压强度；木质素磺酸盐改良土的破坏应变大于水泥土的破坏应变，使其脆性降低。Ta"negonbadi等（2018；2017）用木材加工工业的废液副产品木质素磺酸盐改良高塑性粘土（CH），结果表明改良土刚度和无侧限抗压强度得到提高，并且改良土不会表现出过大的脆性；木质素磺酸盐使改良土的粘聚力增加，但对土体内摩擦角没有显著影响；直接剪切强度在干湿循环后有较大降低。Ceylan等（2019）以生物燃料副产物无
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同制样方法对木质素改良黄土力学特性影响[J]. 钟秀梅,刘伟,刘钊钊. 世界地震工程. 2020(01)
[2]改性分散性土边坡稳定性离心模型试验[J]. 周嘉伟,于沭,苏安双,梁建辉,李兆宇,李炎隆. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2020(07)
[3]木质素改良低液限粉土相关性能试验研究[J]. 王明岳,孔祥辉,冉晋. 路基工程. 2019(06)
[4]干湿循环条件下木质素改良土抗剪强度研究[J]. 李方舟,付星,阿不都拉·木沙,尹博坦,徐金超,于壬杨. 科技创新与应用. 2019(32)
[5]掺木质素花岗岩残积土的单轴抗压强度特性[J]. 李自立,陈志波,胡屏,安亚洲. 实验室研究与探索. 2019(11)
[6]冻融循环下木质素改良土的微观结构分析[J]. 侯琳,董伟智,葛世平,杨添元. 吉林建筑大学学报. 2019(05)
[7]木质素改良粉土力学特性试验研究[J]. 杨添元,董伟智,侯琳. 山东交通科技. 2019(04)
[8]分散性土及工程应用的研究进展[J]. 樊恒辉,张路,杨秀娟,巨娟丽,陈涛,康顺祥. 水利与建筑工程学报. 2019(03)
[9]生态复合改性黄土抗水蚀与强度特性试验研究[J]. 王芮芮,项伟,王菁莪,瞿洋. 安全与环境工程. 2019(03)
[10]不同固化剂对花岗岩残积土抗崩解性的影响[J]. 郭云峰. 福建农林大学学报(自然科学版). 2019(02)
博士论文
[1]基于工业副产品木质素的粉土固化改良技术与工程应用研究[D]. 张涛.东南大学 2015
硕士论文
[1]黄泛区粉土改良及土体界面摩擦特性研究[D]. 余杭.河南大学 2019
[2]木质素基土壤稳化剂的机理研究和原子模拟[D]. 胡翔宇.东南大学 2018
[3]吉林省镇赉地区分散性土冲刷机理研究[D]. 任佳宽.吉林大学 2017
[4]生物基土壤固化剂加固土的影响因素及其作用机理研究[D]. 贺智强.西北农林科技大学 2015
本文编号：2996861
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质素磺酸盐联合电渗法处理分散性土（引自Vakili2018b）
西北农林科技大学硕士学位论文6和硬度，起到抗压作用，使树木生长几十米而不倒，图1-3是木质素在植物细胞中与纤维素和半纤维素的结构位置关系图（Ritter2007）；它还可输导组织的水分运输并为植物细胞提供抗菌、抗氧化、抗吸收紫外线和阻燃等能力以抵抗外界的不良侵蚀。木质素多见于木材等硬组织，少部分存于蔬菜和江河湖海的沉积物之中。19世纪30年代，欧洲的AnselmenPeyen采用硝酸和碱交替处理木材并用有机溶剂洗涤的过程中，发现了除纤维素的另一高碳含量的有机物，他认为在木材中这一有机物质是镶嵌于纤维素之间的，而称这些有机溶出物为“IncrustingMaterial”（Adler1977）。19世纪60年代，Schulze分离提纯出此有机溶出物，并将其命名为“Lignin”（Sjostrom1993），其中文名称为“木质素”，也叫“木素”。图1-3木质素在植物细胞中的结构位置关系（引自Ritter2007）Fig.1-3Structurepositionrelationshipoflignininplantcells（Ritter2007）目前，木质素在以植物纤维为原材料的产业（如木材造纸、纺织制造、木材糖化、生物质材料加工及能源生产等）中，一般都作为废弃物被直接排放。据悉，全世界每年约排出1.5到1.8亿吨工业木质素，其中大多成为污染物被排放到自然界，只有不足1%作为有机化学资源被再利用。如在制浆造纸中，每生产1吨纸浆所排出的1.5吨黑液固形物中，木质素磺酸盐的利用率不足10%。因此，大力发展工业木质素的应用研究对环境保护和资源利用具有重大意义。工业分离木质素主要有两大类，一类可分离出可溶木质素，另一类可分离出不溶木质素。不同的分离工艺得到的木质素副产品也不相同，如木材糖化得到水解木质素、碱法造纸得到碱木质素、亚硫酸盐法制浆得到木质素磺酸盐等。另外，木质素的生物质来源和工业类型也会影响?
第一章绪论7改良土体的相关研究，并给出了木质素分子结构式如图1-4所示。图1-4木质素分子结构式（引自Karol2003）Fig.1-4Molecularstructureformulaoflignin(Karol2003)岩土工程界运用工业木质素进行土体改良主要集中于三个方面，分别是路基土工程性质改良、易侵蚀土的抗侵蚀性改善和道路扬尘控制。工程性质改良方面，Tingle等（2003）采用商业提纯和改性木质素进行了粉砂和粘土的土体改良，得出木质素改良土体强度效果较好并能提高土体的水稳性，试验相关照片如图1-5所示。Ceylan等（2010）采用两种木质素，一种来源于商业生物质转化工厂，另一种是乙醇加工厂的副产品，对低塑限粘土改良后发现，前者在低含水率下改良土强度较高，后者则在高含水率下改良土强度较高。Indraratna等（2015）认为木质素磺酸盐改良粉砂的峰值剪切强度、极限剪切强度和内摩擦角均随用量的增加而增大。木质素磺酸盐处理后土体的体积变化表现为膨胀反应，而塑性变化可忽略不计。Alazigha等（2016）对来自昆士兰州的澳大利亚膨胀土通过木质素磺酸盐进行改良，发现木质素可减少土壤表面积，从而降低土体的水亲和力，最终改善膨胀土的膨胀性。Mathew等（2017）开展了木质素磺酸钠和水泥替代海洋粘土的研究，结果表明木质素磺酸盐的最佳掺量（5%）显著提高了改良土无侧限抗压强度；木质素磺酸盐改良土的破坏应变大于水泥土的破坏应变，使其脆性降低。Ta"negonbadi等（2018；2017）用木材加工工业的废液副产品木质素磺酸盐改良高塑性粘土（CH），结果表明改良土刚度和无侧限抗压强度得到提高，并且改良土不会表现出过大的脆性；木质素磺酸盐使改良土的粘聚力增加，但对土体内摩擦角没有显著影响；直接剪切强度在干湿循环后有较大降低。Ceylan等（2019）以生物燃料副产物无
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同制样方法对木质素改良黄土力学特性影响[J]. 钟秀梅,刘伟,刘钊钊. 世界地震工程. 2020(01)
[2]改性分散性土边坡稳定性离心模型试验[J]. 周嘉伟,于沭,苏安双,梁建辉,李兆宇,李炎隆. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2020(07)
[3]木质素改良低液限粉土相关性能试验研究[J]. 王明岳,孔祥辉,冉晋. 路基工程. 2019(06)
[4]干湿循环条件下木质素改良土抗剪强度研究[J]. 李方舟,付星,阿不都拉·木沙,尹博坦,徐金超,于壬杨. 科技创新与应用. 2019(32)
[5]掺木质素花岗岩残积土的单轴抗压强度特性[J]. 李自立,陈志波,胡屏,安亚洲. 实验室研究与探索. 2019(11)
[6]冻融循环下木质素改良土的微观结构分析[J]. 侯琳,董伟智,葛世平,杨添元. 吉林建筑大学学报. 2019(05)
[7]木质素改良粉土力学特性试验研究[J]. 杨添元,董伟智,侯琳. 山东交通科技. 2019(04)
[8]分散性土及工程应用的研究进展[J]. 樊恒辉,张路,杨秀娟,巨娟丽,陈涛,康顺祥. 水利与建筑工程学报. 2019(03)
[9]生态复合改性黄土抗水蚀与强度特性试验研究[J]. 王芮芮,项伟,王菁莪,瞿洋. 安全与环境工程. 2019(03)
[10]不同固化剂对花岗岩残积土抗崩解性的影响[J]. 郭云峰. 福建农林大学学报(自然科学版). 2019(02)
博士论文
[1]基于工业副产品木质素的粉土固化改良技术与工程应用研究[D]. 张涛.东南大学 2015
硕士论文
[1]黄泛区粉土改良及土体界面摩擦特性研究[D]. 余杭.河南大学 2019
[2]木质素基土壤稳化剂的机理研究和原子模拟[D]. 胡翔宇.东南大学 2018
[3]吉林省镇赉地区分散性土冲刷机理研究[D]. 任佳宽.吉林大学 2017
[4]生物基土壤固化剂加固土的影响因素及其作用机理研究[D]. 贺智强.西北农林科技大学 2015
本文编号：2996861
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