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碱渣在无机结合料稳定材料和水泥土中应用的试验研究

作　者: 郑美如
导　师: 杨医博；蒋雪琴
学　校: 华南理工大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 碱渣无机结合料稳定材料耐久性能氯离子溶出有机质水泥土抗压强度
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

碱渣是氨碱法生产纯碱过程中产生的工业废渣,目前我国是世界上最大的纯碱生产国,其中氨碱法为生产纯碱的主要方法,每年产生碱渣近300万t,由于碱渣的高碱性和高氯离子含量,目前其主要处理方式为堆填和填海,而这都会对生态环境造成极大危害。论文针对碱渣高碱性和高氯离子含量的特点,提出了将其应用于无机结合料稳定材料和水泥土的研究方向,并进行了实验研究。论文首先对碱渣进行物理、化学特征和碱渣中离子对胶凝材料强度影响分析。研究发现,碱渣颗粒的粒径组成与水泥近似,可用作矿物掺合料;碱渣具有高碱性,对矿渣微粉有一定的激发作用,可将其用作矿渣微粉等矿物掺和料的激发剂;对碱渣进行水洗,可降低其中氯离子含量,但无法完全去除,因而在利用碱渣时,必须考虑其中氯离子的影响。论文对碱渣在无机结合料稳定材料中的应用进行了试验研究。制备了水泥/石灰/粉煤灰-碱渣稳定石屑和矿物掺和料-水泥-碱渣稳定石屑,系统研究了材料组成及配合比对碱渣稳定石屑强度性能和耐久性的影响,并分析了碱渣稳定石屑的氯离子溶出规律。研究结果表明,将碱渣用于无机结合料稳定材料是可行的,但应选择适宜的碱渣用量和胶凝材料组成和用量。(1)对水泥/石灰/粉煤灰-碱渣稳定石屑进行了无侧限抗压强度试验,研究结果表明,石灰/石灰-粉煤灰-碱渣稳定石屑的强度低,不满足公路路面基层强度要求;对比石灰系列,水泥-碱渣稳定石屑的强度值较高,但仍不能满足工程要求。借鉴高性能混凝土的研究成果,制备了矿物掺和料-水泥-碱渣稳定石屑,研究表明,增加胶凝材料掺量、调整水泥与矿物掺和料的比例对碱渣稳定石屑强度的提高有明显效果,矿物掺和料-水泥-碱渣稳定石屑方案是可行的。(2)对矿物掺和料-水泥-碱渣稳定石屑进行了长龄期强度性能、耐久性能和氯离子溶出试验研究。长龄期强度试验结果表明,掺不同矿物掺和料对水泥-碱渣稳定石屑的早期强度与长期强度有不同的影响,掺矿渣微粉对早期强度有利,掺矿渣微粉和粉煤灰对长期强度有利。耐久性能试验结果表明,掺碱渣的无机结合料稳定材料渗水系数非常小,试验过程中基本处于不渗水状态,具有良好的抗渗性;且当胶凝材料掺量小于10%时,掺碱渣的无机结合料稳定材料具有良好的抗冻性。氯离子溶出试验结果表明,随着养护时间的延长,碱渣稳定石屑中游离氯离子溶出率显著降低,总体上看,碱渣稳定石屑中氯离子溶出少。碱渣用于无机结合料路面基层是可行的。论文首次对碱渣在有机质水泥土中的应用进行了研究。研究结果表明,碱渣用于高有机质含量水泥土是可行的,其适宜用量与有机质含量有关。(1)以淤泥土为研究对象,通过掺入腐植酸钠调节土中的有机质含量,用掺有碱渣的水泥浆进行固化处理,对比发现,当淤泥土中的有机质含量高达15%时,单用水泥加固的方法不可行,水泥土试块软化严重,无法测得强度,掺入碱渣后能使水泥土的抗压强度大大提高,复掺矿渣微粉后对水泥土强度的提高更为有效。(2)土中有机质含量一定时,掺入碱渣与矿渣微粉对有机质水泥土强度的提高有明显效果;对有机质含量11%的淤泥土,用矿渣微粉等量替换一部分水泥,掺入碱渣后对水泥土前期和后期强度都有增强作用。水泥土强度高于1.5MPa,可满足一般工程需要。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-20
    1.2.1 碱渣的物理化学性质研究  13-14
    1.2.2 碱渣的造地、筑坝堆存处理  14-15
    1.2.3 碱渣在农业方面应用的研究  15
    1.2.4 碱渣在化工方面应用的研究  15-16
    1.2.5 碱渣在建筑材料方面应用的研究  16-19
    1.2.6 碱渣应用中存在的问题  19-20
  1.3 研究内容  20-21
第二章碱渣性能研究  21-38
  2.1 原材料  21-23
  2.2 试验方法及结果  23-37
    2.2.1 碱渣的含水量和击实试验  23-25
    2.2.2 碱渣的粒径分析  25-29
    2.2.3 碱渣的氯离子含量和pH 值  29-30
    2.2.4 碱渣中离子对胶凝材料性能的影响  30-37
  2.3 本章小结  37-38
第三章碱渣在无机结合料稳定材料中应用的试验研究  38-74
  3.1 概述  38-41
  3.2 原材料  41-43
  3.3 试验方法  43-48
    3.3.1 击实试验  43-44
    3.3.2 无侧限抗压强度试验  44-46
    3.3.3 抗渗性试验  46-47
    3.3.4 抗冻性试验  47-48
  3.4 水泥/石灰/粉煤灰-碱渣稳定石屑的试验研究  48-54
    3.4.1 水泥-碱渣稳定石屑研究  48-51
    3.4.2 石灰-碱渣稳定石屑研究  51-52
    3.4.3 水泥-石灰-碱渣稳定石屑研究  52-53
    3.4.4 石灰-粉煤灰-碱渣稳定石屑研究  53-54
  3.5 矿物掺和料-水泥-碱渣稳定石屑的试验研究  54-62
    3.5.1 矿渣-水泥-碱渣稳定石屑研究  55-58
    3.5.2 多种矿物掺和料-水泥-碱渣稳定石屑研究  58-60
    3.5.3 矿物掺和料-碱渣稳定石屑研究  60-62
  3.6 耐久性试验  62-68
    3.6.1 长龄期强度  63-64
    3.6.2 抗渗性  64-66
    3.6.3 抗冻性  66-68
  3.7 氯离子溶出试验  68-72
    3.7.1 试验方案  69-70
    3.7.2 试验结果与分析  70-72
  3.8 本章小结  72-74
第四章碱渣在水泥土中应用的试验研究  74-84
  4.1 概述  74-75
  4.2 原材料  75-76
  4.3 试验方法  76-77
  4.4 试验方案  77-79
  4.5 试验结果与分析  79-82
  4.6 碱渣-水泥土的强度形成机理分析  82-83
  4.7 本章小结  83-84
结论与展望  84-86
  研究结论  84-85
  本文的主要创新之处  85
  展望  85-86
参考文献  86-90
攻读硕士学位期间取得的研究成果  90-91
致谢  91-92
附表  92

碱渣在无机结合料稳定材料和水泥土中应用的试验研究

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