【摘要】：水泥土因其原土利用率高、價(jià)格低廉、施工方便、加固形式靈活、環(huán)境效益好等優(yōu)點(diǎn),在工程建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工程建設(shè)環(huán)境日益復(fù)雜,對(duì)水泥土的強(qiáng)度、抗?jié)B透性、耐久性等工程特性提出了更高的要求。此外,水泥的大量生產(chǎn)導(dǎo)致能量過(guò)度消耗、原材料日益枯竭,且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。為此,尋找合適的外摻劑提高水泥土工程特性成為水泥土工程研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。煤系高嶺石是與煤伴生的高嶺石資源,多以?shī)A矸的形式存在,常被當(dāng)作矸石廢棄。山西是我國(guó)的產(chǎn)煤大省,省內(nèi)大量的矸石堆存不僅占用耕地,而且對(duì)周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。本課題以煤系高嶺石在800℃溫度下煅燒40min形成的偏高嶺土部分替代水泥,測(cè)試了煤系偏高嶺土對(duì)水泥砂土和水泥粉土強(qiáng)度、滲透、耐硫酸鹽腐蝕等宏觀特性及水化產(chǎn)物的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)等細(xì)觀特性的影響,揭示了煤系偏高嶺土改善水泥土工程特性的微觀機(jī)理,得到了以下有益結(jié)論:(1)通過(guò)對(duì)5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別養(yǎng)護(hù)至7d、28d、90d進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試,得出摻入煤系偏高嶺土可有效改善水泥砂土及水泥粉土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,最佳煤系偏高嶺土與水泥質(zhì)量比為1:6~1:4。在最佳配合比范圍內(nèi),水泥砂土7d強(qiáng)度可提高84.55%,28d強(qiáng)度可提高112.9%,而90d強(qiáng)度可提高64.35%;水泥粉土7d強(qiáng)度無(wú)顯著提高,28d強(qiáng)度可提高77.15%,90d強(qiáng)度可提高66.95%。(2)通過(guò)對(duì)5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別養(yǎng)護(hù)至7d、28d、90d進(jìn)行常水頭滲透試驗(yàn)測(cè)試,得出煤系偏高嶺土可有效改善水泥砂土及水泥粉土的抗?jié)B性能,最佳煤系偏高嶺土與水泥質(zhì)量比為1:6~1:4。在最佳配合比范圍內(nèi),水泥砂土7d齡期滲透系數(shù)可降低48.86%,28d滲透系數(shù)可降低76.48%,90d滲透系數(shù)可降低84.63%;水泥粉土7d齡期滲透系數(shù)可降低40.13%,28d滲透系數(shù)可降低69.51%,90d滲透系數(shù)可降低85.27%。(3)通過(guò)對(duì)5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別在5種濃度的硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)至28d和90d進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試,得出摻入煤系偏高嶺土使各濃度硫酸鈉污染水泥土的強(qiáng)度均得到顯著提高,隨著煤系偏高嶺土摻量的增加,水泥土強(qiáng)度呈先增加后減小的變化規(guī)律,當(dāng)煤系偏高嶺土摻量為3%時(shí),水泥土強(qiáng)度達(dá)到最大值。煤系偏高嶺土水泥土抗硫酸鈉腐蝕性能最佳的硫酸鈉濃度閾值為18g/L,低于該濃度對(duì)復(fù)合水泥土強(qiáng)度有提高作用,高于該濃度將導(dǎo)致水泥土強(qiáng)度降低。(4)通過(guò)對(duì)5種煤系偏高嶺土摻量的水泥土分別在5種濃度的硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)至28d和90d進(jìn)行電阻率測(cè)試,得出摻入煤系偏高嶺土對(duì)水泥土電阻率具有提高作用。隨著煤系偏高嶺土摻量的增加各濃度硫酸鈉溶液養(yǎng)護(hù)的水泥土電阻率均呈先增加后減少的趨勢(shì),當(dāng)煤系偏高嶺土摻量為3%時(shí)水泥土電阻率達(dá)到峰值。隨著硫酸鈉濃度的增加,煤系偏高嶺土復(fù)合水泥土電阻率呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì),當(dāng)硫酸鈉濃度為18g/L時(shí),水泥土電阻率達(dá)到峰值。通過(guò)分析證實(shí)煤系偏高嶺土復(fù)合水泥土的腐蝕強(qiáng)度與電阻率具有強(qiáng)相關(guān)性,可通過(guò)電阻率進(jìn)行煤系偏高嶺土復(fù)合水泥土的無(wú)損檢測(cè)。(5)通過(guò)對(duì)不摻煤系偏高嶺土和摻入3%、5%煤系偏高嶺土的水泥土的化學(xué)成分及微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試,證實(shí)煤系偏高嶺土復(fù)合水泥土中發(fā)生了火山灰反應(yīng),使水泥土中CH含量降低,膠凝性產(chǎn)物C-S-H數(shù)量增多,且由高n(Ca)/n(Si)的針狀、絮凝狀不穩(wěn)定狀態(tài)向低n(Ca)/n(Si)的膠凝狀高強(qiáng)度、穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。(6)通過(guò)對(duì)硫酸鈉溶液養(yǎng)護(hù)的不摻煤系偏高嶺土和摻入3%、5%煤系偏高嶺土的水泥土化學(xué)成分分析和水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)28d齡期摻入煤系偏高嶺土使水泥土中參與硫酸鈉腐蝕的CH含量及膨脹性產(chǎn)物數(shù)量減少,水泥土的抗硫酸鈉腐蝕性提高。(7)通過(guò)理論分析以及微觀試驗(yàn)研究,證實(shí)煤系偏高嶺土改善水泥土工程性質(zhì)的機(jī)理在于二元膠結(jié)材料(水泥和煤系偏高嶺土)最大密實(shí)度的形成,煤系偏高嶺土的火山灰作用及其物理填充作用所導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)密實(shí)的界面區(qū)以及孔隙結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能得到有效改善的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。
【圖文】：

太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文性、結(jié)晶度等的影響；另一方面是偏高嶺土對(duì)水泥基材料嶺土在水泥基材料中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀。材料來(lái)源種由硅氧四面體和鋁氧八面體通過(guò)共用氧原子層疊堆砌構(gòu)形式見(jiàn)圖 1-2，理論化學(xué)式為 A12O3·2SiO2·2H2O，，A12O3(39.5％)，H2O(13.96％)[98]，，通常含有 Fe2O3、TiO2、質(zhì)，在世界上有 60 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)均有高嶺土分布[99]。

圖 1-3 不同高嶺土的外觀Figure 1-3 Appearance of different Kaolin1.3.2 偏高嶺土在水泥基材料中的應(yīng)用高嶺土經(jīng)過(guò)煅燒形成的偏高嶺土粒徑小，且具有較強(qiáng)的火山灰性質(zhì)，科研人員將其在砂漿、混凝土及水泥土中的作用效應(yīng)及機(jī)理進(jìn)行了廣泛研究，其中偏高嶺土在砂漿、混凝土中的應(yīng)用研究已趨成熟，在水泥土中的應(yīng)用還處在探索階段。姜廣等[113]研究了偏高嶺土對(duì)高強(qiáng)度水泥砂漿物理力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明偏高嶺土的火山灰活性高于硅灰，由于其不規(guī)則的顆粒形貌會(huì)降低新拌砂漿的流動(dòng)度，降低水泥砂漿的抗折強(qiáng)度，但是能提高水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能；曾俊杰等[114]比較了偏高嶺土和硅灰部分替代水泥后，養(yǎng)護(hù)不同齡期對(duì)水泥砂漿干縮性能的影響，結(jié)果表明偏高嶺土可改善水泥砂漿的干縮性能，而硅灰水泥砂漿的干縮量則呈先減小后增大的變化趨勢(shì)；李福海等[115]研究了偏高嶺土及粉煤灰等量替代水泥對(duì)活性骨料膨脹的抑制作用及機(jī)理，結(jié)果表明摻入 20%的偏高嶺土即可抑制堿骨料反應(yīng)，而粉煤灰則需要
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU52

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本文編號(hào)：2614281