【摘要】：膨脹土是土木工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的問題,每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。探索有效、經(jīng)濟(jì)、低污染、低能耗的土壤穩(wěn)定劑是工程界迫切需要解決的問題。木質(zhì)素及其衍生產(chǎn)品是生物產(chǎn)品副產(chǎn)品,如果沒有得到妥善的處理會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題,而在我國目前沒有得到有效的利用。本文基于工業(yè)副產(chǎn)品木質(zhì)素衍生物木質(zhì)素磺酸鈣的膨脹土穩(wěn)定方法,研究了木質(zhì)素磺酸鈣穩(wěn)定土壤的宏觀性能和微觀機(jī)理,并利用分子動力學(xué)在原子尺度對其進(jìn)行模擬計算。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)土壤對木質(zhì)素磺酸鈣有較強(qiáng)的吸附作用,而木質(zhì)素磺酸鈣改性土壤主要是物理過程。木質(zhì)素磺酸鈣能夠有效降低土壤顆粒的比表面積,填充內(nèi)部介孔,在介觀角度提高了土壤密實(shí)程度,降低其微觀缺陷。木質(zhì)素磺酸鈣能降低土壤的塑限并提高土壤的液限和塑性指數(shù);有效降低土壤的膨脹性,并且能夠提升土壤試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)定性能,其最佳摻量為4%左右。(2)木質(zhì)素磺酸鈣與土壤中的非膨脹性礦物如高嶺土、石英等僅存在吸附作用。而對于蒙脫石,隨著木鈣摻量的增加其晶面間距會降低。在單礦物蒙脫石中摻加木質(zhì)素磺酸鈣會使得其ζ電位上升;在單礦物高嶺石中摻加木質(zhì)素磺酸鈣會使得其ζ電位下降,類似于屏蔽效應(yīng)。而在天然土壤中摻加木質(zhì)素磺酸鈣會使得土壤顆粒的ζ電位上升,類似于蒙脫石的規(guī)律。說明木質(zhì)素磺酸鈣中的親水基團(tuán)會優(yōu)先吸附在黏土礦物的邊緣破損帶正電處,其次會吸附在顆粒表面產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)。(3)基于流變學(xué)的解釋:木質(zhì)素磺酸鈣對于蒙脫土顆粒懸浮液在靜置時具有有效的絮凝效果,該效果的最佳摻量在2%~4%附近;而在剪切作用下會形成一種較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)并且該結(jié)構(gòu)也擁有較強(qiáng)的抵抗剪切的能力,這種結(jié)構(gòu)在2%摻量時最明顯。而對于高嶺土,木質(zhì)素磺酸鈣的摻入導(dǎo)致了高嶺土顆粒間的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,在靜置時呈現(xiàn)的絮凝效果,在剪切作用下會形成穩(wěn)定的分散體系。(4)SEM試驗(yàn)表明木質(zhì)素磺酸鈣的加入改變了蒙脫土礦物片層結(jié)構(gòu)脆弱易破碎的性質(zhì),加強(qiáng)了片層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,同時增強(qiáng)了層間的聯(lián)結(jié)能力,減少了顆粒內(nèi)部的孔隙。對于壓實(shí)的天然土隨著木質(zhì)素磺酸鈣的摻入,壓實(shí)土的微小的孔隙被填充,土壤團(tuán)聚體變大。(5)Na-蒙脫石的層間距遠(yuǎn)大于Ca-蒙脫石和K-蒙脫石,擁有最強(qiáng)的膨脹性。Ca-蒙脫石的層間距最低,膨脹性最低。蒙脫石層間的K~+離子和Na~+離子在相同的水分子數(shù)量下相比Ca~(2+)水化程度更高,層間距更大。蒙脫石層間的Na~+的擴(kuò)散能力最高,而Ca~(2+)和K~+的擴(kuò)散能力相對較低,Ca~(2+)的狀態(tài)最為穩(wěn)定。對于陽離子與水分子之間的相互作用關(guān)系,蒙脫石層間的Na~+和Ca~(2+)與水分子的排布較為緊湊,有較大的水合能,K~+的水合能較低。(6)木質(zhì)素磺酸基在蒙脫石表面有強(qiáng)烈的吸附效果,吸附能是水分子的近20倍,原因是磺酸根基團(tuán)(-SO_3~-)與蒙脫石表面有強(qiáng)烈的相互作用。且木質(zhì)素磺酸基的存在比較穩(wěn)定,運(yùn)動擴(kuò)散能力較差。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O636.2;TU443

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 龔智方;蘇明旭;蔡小舒;;水系膠體Zeta電位的電聲法測量[J];過程工程學(xué)報;2012年06期

2 顧民達(dá);;造紙工業(yè)清潔生產(chǎn)現(xiàn)狀與展望[J];華東紙業(yè);2012年03期

3 張勇;曹春昱;馮文英;林喬元;;我國制漿造紙污染治理科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J];中國造紙;2012年02期

4 商和輝;林偉清;;界限含水量試驗(yàn)方法的對比[J];山西建筑;2010年16期

5 王震宇;于曉冬;許穎;高冬梅;李鋒民;;土壤微孔對有機(jī)物吸附/解吸的影響及其表征[J];生態(tài)學(xué)報;2009年04期

6 沈文浩;陳小泉;劉煥彬;;中國制漿造紙工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢——2006年世界紙漿與造紙(中國)大會概述[J];造紙科學(xué)與技術(shù);2006年06期

7 翁優(yōu)靈,沙愛民;多普勒電泳光散射Zeta電位分析新技術(shù)[J];中國測試技術(shù);2005年04期

8 胡瑩,周向陽;界限含水量試驗(yàn)的探討[J];青海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年06期

9 趙斌元,胡克鰲,范永忠,竺品芳,吳人潔;木質(zhì)素磺酸及其衍生物紅外光譜研究[J];分析化學(xué);2000年06期

10 曲音波;開發(fā)生物質(zhì)資源 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[J];國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究;1999年02期

，

本文編號：2642293