无磺木质素加固碳酸型盐渍土工程效果与机理研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sisi830710
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确保地表建筑物(例如基础、水坝、渠道、路基)的可靠和安全是岩土工程关心的主要问题之一,但随着城市化进程的不断扩大,越来越多的土木工程构筑物不得不建设在不良工程性质土体上。因此,使用相应的工程技术手段这些不良性质土体进行处理是十分必要的。土体固化剂作为地质工程技术中常用的土体加固技术,具有简单易行且相对廉价等优点而被广泛采用。传统化学加固剂虽然可以有效提高土体的工程性能,但同时也造成了巨大的能源消耗和环境负担等问题,因此,寻找环境友好、低能耗且高效的新型土壤固化剂是十分必要的。木质素作为一种储量丰富的可再生生物质资源具有成为新型土体固化剂的潜力。本文提出使用基于生物乙醇产业低价值副产品无磺木质素作为新型土体固化剂,并以吉林省西部地区碳酸盐型盐渍土作为加固对象,通过各类室内试验全面揭示无磺木质素固化碳酸型盐渍土的物理化学特性、静力/动力学性能、水稳性能以及微观孔隙及结构特性,并着重研究冻融循环对上述特性的影响,为接下来进一步推广使用无磺木质素作为土体固化剂提供科学依据。主要的研究成果如下:(1)全面回顾了木质素结构和性质、分离方法和种类以及商业化应用现状。分析汇总了现有木质素抑制粉尘、提高土体强度及耐久性和固化机理的相关研究,并指出存在和需要解决的问题。(2)对吉林西部碳酸型盐渍土以及无磺木质素基本特性进行了分析,系统研究无磺木质素掺量和冻融循环次数对木质素固化土的物理化学特性的影响。根据试验结果,随着木质素掺量增加,固化土的塑性指数、粗颗粒含量、阳离子交换量,有机质含量均增加,而导热系数逐渐下降。冻融循环起到破碎粗颗粒的作用。(3)无磺木质素能显著提高土体的无侧限抗压强度,但强度随掺量增加先增大后下降,对于吉林西部碳酸型盐渍土最优掺量为10%,强度提升6倍达到1165 k Pa;添加木质素后,固化试样表现出断裂失效特征和应力~应变曲线表现为应变硬化性,随着木质素掺量增加,试样抗冻性能得到明显提升;此外,根据龄期28 d试样验数据建立了无磺木质素固化土强度预测模型。经验证,该模型能较好的预测不同木质素掺量和冻融循环条件下固化土的强度值变化。(4)在不同养护龄期和冻融循环条件下,电阻率和纵波波速间呈现出负线性相关,二者均与抗压强度间均呈现较好的相关性,根据建立的波速-电阻率-抗压强度相关性方程可较好的预测无磺木质素固化盐渍土强度发展,且发现波速预测固化土强度结果优于电阻率预测结果。(5)添加木质素和提高围压均能明显提高试样动态剪切模量,而冻融循环起到相反作用。当动剪应变幅值为0.003时,冻融30次后,10%木质素固化土动态剪切模量下降19.41 MPa,暗示动力学性能显著下降,但在较大应变处(10-3~10-2)其动剪应力幅值和动态剪切模量仍优于未冻融天然土。(6)无磺木质素使碳酸型盐渍土水稳性得到了明显提升,未经历冻融循环条件下:10%掺量固化土表现出最优浸水抗压强度;冻融循环对固化土水稳性能的劣化作用同样显著:冻融120次后,所有固化土浸水后强度损失超过90%,强度低于100 k Pa;此外,冻融循环同样使试样的破坏模式发生改变。(7)木质素可能通过填充颗粒间孔隙并在静电吸引作用以及自身聚合物特性吸附和胶结土颗粒达到强化土体的作用。冻融循环同样不会引起固化土化学成分发生改变,主要通过冻结-融化过程中孔隙自由水物态改变,使土体产生不可完全恢复的损伤,进而使土体工程性能下降。
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