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水泥石粉浆固化土的力学性能及机理研究

作　者: 徐威
导　师: 肖朝昀
学　校: 华侨大学
专　业: 岩土工程
关键词: 水泥土石粉无侧限抗压强度力学特性微观机理
分类号: TU521
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

福建省泉州、厦门等地分布大量的石材加工企业，石材在加工过程中会产生大量石粉，石粉的随意堆放对当地环境造成严重的污染。本文提出将石粉作为外掺剂来提高水泥土强度。研究的目的是提供一种消化石粉的新途径和一种提高水泥土强度的新方式。本文首先分析石粉的基本物理性质，针对滨海相淤泥，通过无侧限抗压强度实验，研究石粉掺量，水泥种类及掺量，龄期及总用水量对水泥石粉浆固化土强度的影响，并提出强度线性叠加分析方法。在石粉提高水泥土强度的基础上加入一定量的石膏，研究石膏对水泥石粉浆固化土的进一步增强作用。通过扫描电子显微镜观察水泥石粉浆固化土的微观结构，揭示石粉提高水泥土强度的微观机理。最后对比分析未掺入石粉和掺入石粉的水泥土力学性能。研究结果表明石粉作为外掺剂加入到水泥土中能够大幅提高水泥土强度，在各个水泥掺量下，水泥土的强度随石粉掺量的增加总体呈增长趋势。对于325R级复合硅酸盐早强水泥，龄期28天时，掺入石粉后，强度最大提高0.86MPa~1.01MPa，龄期90天时，强度最大提高0.22MPa~1.25MPa；对于425R级普通硅酸盐水泥，龄期28天时，水泥掺量在10%、15%时的石粉作用效果不大，水泥掺量20%时，强度有所提高，龄期90天时，强度最大提高0.76MPa~1.29MPa。石膏对水泥石粉浆固化土的强度有进一步增强作用，但石膏的最优掺量较难确定，受水泥的种类及掺量、石粉掺量、龄期的影响较大。对比分析未掺入石粉和掺入石粉的水泥土力学性能，掺入石粉能够提高水泥土的密实程度，改善水泥土的力学性能，降低水泥土的压缩性，提高水泥土的粘聚力c，且提高幅度随水泥掺量的增大而增大，但不会提高水泥土的摩擦角，甚至稍有降低。石粉对水泥土强度提高主要体现在级配效应、微集料填充效应、晶核作用和空间骨架作用。石粉掺入后，一定程度上改善水泥土孔隙结构，使得水泥土变得更为密实，促进水泥水化，诱导水化物析晶，试样表面的凝胶体增多，形成较强的空间骨架。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第1章绪论  11-20
  1.1 选题的目的与意义  11-12
  1.2 石粉及水泥土的研究现状  12-17
    1.2.1 石粉研究和应用现状  12-13
    1.2.2 水泥土的研究及应用现状  13-17
      1.2.2.1 外掺剂研究现状  13-15
      1.2.2.2 强度影响因素研究现状  15-16
      1.2.2.3 力学性能研究现状  16
      1.2.2.4 微观机理研究现状  16-17
  1.3 研究的内容及方法  17-19
    1.3.1 研究内容  17-18
    1.3.2 研究方法  18-19
  1.4 创新点  19-20
第2章石粉的物理性质  20-33
  2.1 石粉的颗粒级配曲线  20-27
    2.1.1 筛分试验  20-22
    2.1.2 激光粒度试验  22-27
  2.2 石粉的物相组成  27-28
  2.3 石粉的宏观与微观形态  28-29
  2.4 水泥稳定石粉强度研究  29-32
    2.4.1 试验方案  29
    2.4.2 试验结果分析  29-30
    2.4.3 水泥稳定石粉微观结构  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章水泥石粉浆固化土的强度研究  33-55
  3.1 水泥石粉浆流动度试验  33-35
  3.2 试验方案及试验方法  35-37
    3.2.1 试验材料  35
    3.2.2 试验方案  35-36
    3.2.3 试件的制作与养护  36
    3.2.4 加载方式  36-37
  3.3 试验结果及分析  37-52
    3.3.1 石粉掺入量对强度的影响  37-40
    3.3.2 水泥种类及掺入量对强度的影响  40-42
    3.3.3 龄期对强度的影响  42-44
      3.3.3.1 水泥石粉浆固化土后期强度增长  42-43
      3.3.3.2 石粉对淤泥的改性作用  43-44
    3.3.4 总用水量对强度的影响  44-46
    3.3.5 强度线性叠加分析  46-52
  3.4 现场成桩实验  52-54
  3.5 本章小结  54-55
第4章石膏对水泥石粉浆固化土强度的增强作用  55-66
  4.1 试验材料及试验方案  55-57
  4.2 试验结果及分析  57-65
    4.2.1 石膏对纯水泥土的作用  57-58
    4.2.2 石膏对水泥石粉浆固化土的强度增强作用  58-61
    4.2.3 石膏的作用随龄期的变化  61-65
  4.3 本章小结  65-66
第5章水泥石粉浆固化土的微观机理分析  66-78
  5.1 扫描电子显微镜(SEM)简介  66-67
  5.2 试验方案  67-68
  5.3 试验结果及分析  68-77
    5.3.1 淤泥及石粉的微观结构  68-69
    5.3.2 石粉作用效应  69-74
      5.3.2.1 级配效应  69-70
      5.3.2.2 微集料填充效应  70-71
      5.3.2.3 晶核作用  71-72
      5.3.2.4 空间骨架作用  72-74
    5.3.3 其它因素作用效应  74-77
      5.3.3.1 水泥掺量对微观结构的影响  74-76
      5.3.3.2 石膏掺量对微观结构的影响  76-77
  5.4 本章小结  77-78
第6章水泥石粉浆固化土的力学性能  78-108
  6.1 三轴试验原理  78-82
    6.1.1 仪器构造及组成  78-80
    6.1.2 试验步骤及要点  80-82
      6.1.2.1 试验步骤  80-81
      6.1.2.2 试验要点  81-82
    6.1.3 试验标准  82
  6.2 强度与围压的关系讨论  82-83
  6.3 压缩试验与先期固结压力  83-86
  6.4 试验方案  86-87
  6.5 试验结果及分析  87-106
    6.5.1 曲线形态  87-91
      6.5.1.1 应力-应变曲线  87-89
      6.5.1.2 孔压-应变曲线  89-91
    6.5.2 峰值强度  91-92
    6.5.3 破坏应变及破坏形态  92-95
      6.5.3.1 破坏形态  92-94
      6.5.3.2 破坏应变  94-95
    6.5.4 弹性模量  95-97
    6.5.5 超孔压与孔压系数  97-102
      6.5.5.1 孔压系数简介  98-99
      6.5.5.2 斯开普顿孔压系数 A  99-101
      6.5.5.3 失效孔压系数及固结状态  101-102
    6.5.6 应力路径  102-105
      6.5.6.1 总应力路径  102-103
      6.5.6.2 有效应力路径  103-105
    6.5.7 强度指标 c 值与φ值  105-106
  6.6 本章小结  106-108
第7章结论  108-112
  7.1 研究总结  108-110
  7.2 需进一步开展的工作  110-112
参考文献  112-116
附录  116-124
  附录 1 三轴试验数据图形化后处理程序  116-124
    1.1 打开 gds 文件  116
    1.2 公共变量申明  116
    1.3 找出绘图所需数据及部分数据处理  116-119
    1.4 各个试验阶段绘图  119-124
      1.4.1 饱和阶段绘图  119-123
      1.4.2 B 检测阶段、固结阶段及剪切阶段的绘图与饱和阶段相似  123-124
致谢  124-125
个人简历  125-126

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