黄河泥沙基可降解生土材料结构与性能研究

发布时间：2018-03-23 20:53

本文选题：黄河泥沙　切入点：活性指数　出处：《郑州大学》2013年博士论文

【摘要】：黄河携带的大量泥沙沉积于下游河道,下游河床不断抬高,成为名副其实的“地上悬河”,这给沿岸居民生活造成安全隐患的同时,疏浚泥沙的大量堆存还带来严重的环境问题。为了缓解水利和环境压力,关于黄河泥沙资源化利用的探索和实践都相继展开,主要集中在建材、陶瓷和土工方面的应用研究,虽然也取得了一些成果,但是,还存在工艺复杂、二次污染和消纳量低的缺陷,并未真正实现黄河泥沙的资源化利用。本论文在国家自然科学基金“可降解粘土基胶凝材料物理力学性能研究”的资助下,制备了具有适宜力学性能和耐久性的黄河泥沙基可降解生土材料,分析了黄河泥沙的活化机理和生土材料强度网络体系的形成过程与退化机理,并就生土材料的力学性能、微观结构、水分传输机制和耐久性进行了深入研究。研究工作取得如下主要进展： 1.通过对黄河下游不同河段河道泥沙的物理、化学和工程性质的研究,发现不同河段的黄河泥沙均呈弱碱性,化学组成中硅、铝和钙含量较高,矿物组成以石英、长石和碳酸盐矿物为主,活性组分含量极低；黄河泥沙颗粒集中,粉粒含量高于80%；这就造成泥沙可密实性、可塑性和可稳定性相对较低,制约了黄河泥沙的工程应用。 2.研究了黄河泥沙的活性激发方法、效果和机理。结果表明,机械研磨作用能够显著改善黄河泥沙的可密实性和可塑性；NaHSO4能够通过酸解和化学风化作用加速黄河泥沙中长石的成土进程,释放出游离Si4+和A13+,活性率和活性指数分别由1.18和0.51增高至5.20和0.64；Ca(H2PO4)2·H2O通过H2P04-在粘粒表面发生的络合反应和专性吸附进一步活化强化黄河泥沙,活性指数提高至0.68。 3.根据生土基墙体材料的组成和结构设计,建立了可降解生土基墙体材料三套强度网络体系设计理念和结构模型,并以墙体材料中各组分间的作用机理和结构特征为检验依据对其进行验证。研究表明,连续无机水化产物网络通过物理填充和化学增强作用固结泥沙,是承载墙体材料强度和耐水性的主体；有机聚合物与无机水化产物形成互穿网络,以半连续的强度网络强化黄河泥沙；植物纤维三维乱向分散于生土结构中,并与无机水化产物建立牢固的物理粘结,起到固结泥沙颗粒的作用；三套强度网络相辅相成,协同作用。通过制备工艺和配合比的优选,采用传统的振动成型和标准养护工艺,当各组分掺量为：活化泥沙65%、无机胶凝材料25%、砂10%、外掺1.8wt.%改性聚乙烯醇和1.2V%植物纤维时,制备出黄河泥沙基墙体材料,其28d抗压强度14.4MPa、抗折强度3.54MPa、软化系数0.87,导热系数0.38W/(m.K)。 4.研究了生土材料在不同环境条件作用下的结构与性能的演变规律,探讨了生土材料的水分传输机制及其在可控制条件下的性能退化机理。结果显示,生土材料与水接触后吸水饱和之前的毛细吸水量与时间的平方根成正比,毛细吸收系数为42.08g/m2·S“2,水分表面渗入速率与t0.01线性相关；冻融循环后生土材料结构中的大孔和50-200nm的有害孔体积增加20%,裂纹内有大量针状的钙矾石；碳化试验得出抗压强度与碳化深度关于直线y=-0.23x+15.1线性相关；根据冻融循环和碳化作用的实验结果,得出生土材料抗压强度的拟合公式：fcuk≈-0.86(?)·(φn/φ0)0.9+15.1;冻融30次循环后的生土材料,经10wt.%硫酸铵浸泡150d结构崩解,当生土碎屑与土壤以3：7的比例混合时,种植的小麦能够顺利出苗和生长。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU521.3

【参考文献】