硫铝酸盐基土壤固化剂研究

论文摘要

本文以解决北方地区道路基层土壤固化问题出发,研制一种硫铝酸盐基土壤固化剂的路用材料,通过其固化后的土壤可以应用于北方城市次干路和支路基层建设中。目前,国外发达国家在土壤固化剂方面发展较快,并已形成相当的规模,但各有各自的缺点,仍需要不断地完善。而我国在土壤固化剂研究方面仅仅二十余年,与国外相比有较大的差距,在实际应用方面我国处于起步阶段,因此研发生产出高性能、低成本的土壤固化剂势在必行。首先研究了多种外加剂及石灰、石膏对快硬硫铝酸盐水泥强度的影响。将以上材料分别单掺或复掺于快硬硫铝酸盐水泥中,测试其1d、3d及28d的强度。通过外加剂的种类和掺量的不同导致强度变化,从而获得对快硬硫铝酸盐水泥早强效果明显的外加剂及掺量。随后进行固化土壤的探索性试验,取用沈阳当地两种土壤并按照正交设计方案掺入快硬硫铝酸盐水泥、G1和G2,试件成型时采用高压力和低压力两种成型方式进行成型,待固化后按照相关标准测试其无侧限抗压强度,探讨成型压力对土壤固化的影响,确定合理的成型压力。按照合理成型压力及相关标准制件,研究多种外加剂与快硬硫铝酸盐水泥对土壤固化后的无侧限抗压强度的影响,从而研制出硫铝酸盐基土壤固化剂的最佳配比掺量。最终将硫铝酸盐基土壤固化剂应用于两种土壤,并按照相关标准要求测试该土壤固化剂对固化土的安定性、凝结时间及冻融循环性能的影响。研究结果表明,选用的外加剂、石灰和石膏均可以对快硬硫铝酸盐水泥起到提高早期强度作用,几种组分复合使用早强效果更佳。硫铝酸盐基土壤固化剂中,快硬硫铝酸盐水泥掺量10%为宜。低压力成型可以更有力的体现硫铝酸盐基土壤固化剂对土壤的固化效果优良。石灰、石膏固化土壤的最佳掺量分别为1.5%和1%;三种外加剂W1、W2、W3在黑土与黄土中的最佳掺量分别为3‰:6%:3%和3‰:2%:1%,其无侧限抗压强度、安定性及凝结时间均满足相关标准要求,冻融循环性能优于同类产品。若在低温下施工,建议在早期改善养护条件、减短凝结时间、增长养护龄期,可以更好地满足固化土施工需求及相关标准要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国外研究现状及发展趋势
• 1.3 国内研究现状及发展趋势
• 1.4 土壤固化剂类别
• 1.4.1 按主要化学成份分类
• 1.4.2 按发展过程及固化机理分类
• 1.5 土壤固化机理
• 1.5.1 固化剂改良土壤作用机理
• 1.5.2 土壤内部水的处理
• 1.5.3 土壤颗粒的胶结
• 1.6 土壤固化剂加固土的特征
• 1.7 快硬硫铝酸盐水泥
• 1.8 研究内容与技术路线
• 第二章 原材料、设备及试验方法
• 2.1 原材料
• 2.2 设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 水泥与外掺组分的混合与测试
• 2.3.2 土壤与固化剂的混合制备
• 2.3.3 土壤固化试件的制备及养护
• 2.3.4 无侧限抗压强度
• 2.3.5 安定性
• 2.3.6 凝结时间
• 2.3.7 冻融循环
• 2.3.8 安定性与冻融循环
• 2.3.9 凝结时间与冻融循环
• 第三章 快硬硫铝酸盐水泥早强剂的试验研究
• 3.1 单一早强剂对水泥抗压强度的影响
• 3.1.1 掺早强剂 Z1 的水泥强度
• 3.1.2 掺早强剂 Z2 的水泥强度
• 3.1.3 掺早强剂 Z3 的水泥强度
• 3.1.4 掺外加剂 W1 的水泥强度
• 3.1.5 掺外加剂 W2 的水泥强度
• 3.1.6 掺外加剂W3 的水泥强度
• 3.1.7 掺石灰的水泥强度
• 3.1.8 掺石膏的水泥强度
• 3.2 双掺外加剂的水泥强度
• 3.2.1 掺 Z1 与 Z2 的水泥强度
• 3.2.2 掺 Z2 与 Z3 的水泥强度
• 3.2.3 掺 Z3 与W1 的水泥强度
• 3.3 外加剂复掺对快硬硫铝酸盐水泥强度的影响
• 3.3.1 石灰、石膏、Z2 复掺的水泥强度
• 3.3.2 三种外加剂的水泥强度正交试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 硫铝酸盐基土壤固化剂探索性试验研究
• 4.1 无侧限抗压强度正交试验
• 4.2 直观分析
• 4.3 方差分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 硫铝酸盐基土壤固化剂试验研究
• 5.1 石灰、石膏掺入水泥对土壤的固化
• 5.1.1 石灰掺入水泥对土壤的固化
• 5.1.2 石膏掺入水泥对土壤的固化
• 5.1.3 石灰与石膏掺入水泥对土壤的固化
• 5.2 外加剂与水泥对土壤的固化
• 5.3 固化土的无侧限抗压强度
• 5.4 本章小结
• 第六章 硫铝酸盐基土壤固化剂性能试验研究
• 6.1 安定性
• 6.2 凝结时间
• 6.3 冻融循环
• 6.4 安定性与冻融循环
• 6.5 凝结时间与冻融循环
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢