钢渣粉固化淤泥质水泥土强度特性试验研究

作者:吴燕开;胡锐;赵位莹;李岩宾;胡晓士; 刊名:科学技术与工程 上传者:李红梅

【摘要】采用电子探针、X射线衍射、扫描电镜等研究方法,分析了钢渣粉的化学成分、矿物组成及微观结构,结果表明钢渣粉具有胶凝潜力。把钢渣粉作为淤泥质水泥土的外掺剂,制备钢渣粉淤泥质水泥土试块,通过无侧限抗压强度试验研究钢渣粉掺入比对淤泥质水泥土无侧限抗压强度的影响。试验发现在水泥掺量和龄期相同的条件下,随着钢渣粉掺量的增加,水泥土试块的无侧限抗压强度先增后降,当控制好钢渣粉掺量时,可以有效提高淤泥质水泥土的强度。最后,在结合试验数据的基础上,从理论上分析了水泥和钢渣粉加固淤泥质土的作用机理,为钢渣粉在水泥土中的应用提供了理论依据。

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山东科技大学科研创新团队支持计划项目(2015KYTD104)资助引用格式:吴燕开,胡锐,赵位莹,等.钢渣粉固化淤泥质水泥土强度特性试验研究[J].科学技术与工程,2017,17(15):306311WuYankai,HuRui,ZhaoWeiying,etal.Studyonstrengthcharacteris-ticofmuddycementsoilstabilizedbysteelslagpowder[J].ScienceTechnologyandEngineering,2017,17(15):306311水泥土具有水硬、高强、低压缩性、低渗透性等优越特性,在工业和民用建筑、高速公路、铁路、机场等的软土地基处理中得到了广泛应用。然而,工程实践中存在着水泥土强度不高,特别是加固淤泥质低强度软土时,加固后形成的复合地基存在强度达不到设计要求且后期变形大等问题,限制了水泥土加固技术的进一步推广和发展。添加外掺剂是改善水泥土性能的一个重要方法。外掺剂具有激发、催化和调节水泥水化物的化学反应速度、程度及其成分的功效,并且可以改良、改善土料的物理化学性质,使其朝着有利于提高水泥土性能的方向发展[1]。因此,寻找廉价、改性效果显著的外掺剂对改善水泥土的力学特性具有重大意义。目前,粉煤灰和微硅粉等超细矿粉和一些化学外掺剂已应用于水泥土的研究中。黄丽娟[2]把粉煤灰掺入水泥土中,研究发现20%掺量的粉煤灰最有利于水泥土后期强度的提高。解国梁等[3]以内蒙古河套地区的粉质黏土为对象,对室内掺微硅粉的水泥土进行无侧限抗压强度试验,结果表明水泥土中掺加微硅粉可以显著提高水泥土的强度,且强度随龄期和微硅粉掺量的增加而不断增加。王文军等[4]认为掺加活性更高的纳米硅粉更有利于水泥土力学特性的改善,并通过室内无侧限抗压强度试验、X射线衍射(XRD)试验、扫描电镜(SEM)测试,分析了纳米硅粉-水泥土的微结构特点及微结构形成过程,在纳米硅粉-土相互作用分析的基础上,提出了纳米硅粉-水泥土的固化机理。此外,叶观宝等[5]还通过室内试验对SN-II高效减水剂、Al(OH)3和CaCl2早强剂等化学掺加剂进行了研究并分析了其作用机理。曹雅娴等[6]将聚丙烯纤维加入到硅粉水泥土中制备了聚丙烯纤维硅粉水泥土,并经三轴试验后得出聚丙烯纤维的掺入可以有效改善水泥土的力学性能,且强度随纤维掺量的增加而增加的结论。赫文秀等[7]将沙掺入水泥土中,探讨不同掺沙量对水泥土无侧限抗压强度的影响,结果表明在水泥掺量不变的条件下,掺入一定量的沙,可明显提高水泥土强度。钢渣是炼钢生产过程中由矿石、燃料和助熔剂中易熔硅酸盐等化合而成的副产物[8],其本身含有硅酸三钙、硅酸二钙等水硬性矿物,具有一定的工程使用价值。钢渣粉是钢渣后期处理后的固体粉末状产物,其稳定性和活性比钢渣高,把钢渣粉作为外掺剂加入到水泥加固淤泥质土中,可以充分发挥钢渣粉的使用价值,同时提高水泥土的强度。本文在前人对水泥土外掺剂研究的基础上,将钢渣粉作为外掺剂加入到水泥土中,探讨钢渣粉掺量对水泥土强度的影响,分析钢渣粉水泥土的固化机理,旨在为钢渣粉在水泥土加固软土地基中的应用提供理论基础和试验依据。1试验材料与试样制备1.1实验材料试验用土为青岛市经济技术开发区海相淤泥质土,其平均埋深为8.58m,主要为淤泥质粉质黏土和淤泥质粉土,灰黑色,稍有臭味,呈流塑状,其塑限为17.4%,液限为31.7%,天然含水率约为43.1%,孔隙比为1.21,如图1所示。试验所用钢渣粉取自日照钢铁厂。该钢渣粉是由炼钢过程中产生的副产物经机器粉磨处理而成,呈

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