河道淤泥气泡混合土制备方法及对工程性质影响试验研究

摘要

在我国河网密布，为畅通河道，保障水利工程的正常运营，解决环境污染以保障河道的景观功能以及沿河居民良好的生活环境等问题，每年都要花费巨大的人力和财力对河道进行定期或不定期的清淤处理，利用淤泥含水量高以及流动性好的性质，将其进行轻质化处理，制备成满足实际工程要求的河道淤泥气泡混合土(FMLSS)，实现了淤泥的资源化利用，具有重要的意义。
　　河道淤泥气泡混合土(FMLSS)主要以河道淤泥为原料土，以水泥为固化剂，以不同的发泡剂制备的气泡为发泡材料，采用不同的发泡工艺制备而成，论文主要目的是考察发泡材料的发泡性能及适应性，从宏观和微观的角度对比分析了不同类型FMLSS的性能，并作出评价，为实际应用提供参考，以下为论文的主要研究内容:
　　(1)通过气泡性能测试，综合发泡倍数和气泡半衰期，得出蛋白型、阴离子型发泡剂的适宜稀释浓度，并对阴离子型发泡剂进行复配优化，制备成综合性能较好的复配型发泡剂，通过对比分析得出，阴离子型发泡剂K12A浓度小，发泡倍数大，但稳泡性较低，蛋白型发泡剂稳泡性好，但理想浓度大且发泡倍数较小，成本较大，复配型发泡剂与蛋白型相比，理想浓度较蛋白型小，同时，稳泡性和发泡倍数都较大，与K12A相比，发泡倍数有一定的降低，但稳泡性能提高明显，综合性能较好。
　　(2)为考察发泡材料的发泡性能及适应性，本次FMLSS的制备分别采用两种发泡工艺，分别为前发泡型和后发泡型，前发泡型FMLSS分为阴离子型（K型）、蛋白型（D型）、复配型（F型），所采用的气泡，分别由对应发泡剂，在适宜的稀释浓度下制备而成;后发泡型(H型)FMLSS选用双氧水为发泡剂。
　　(3)为考察混合搅拌时间对不同类型FMLSS性能影响，确定合适的搅拌时间。试验发现，不同的混合搅拌时间下，FMLSS性能不同。适宜的混合搅拌时间有助于FMLSS整体性能的发挥，实际工程中应加以重视，且稳泡好的气泡制备的FMLSS其性能提升更明显。
　　(4)对不同配比条件下的FMLSS性能进行对比分析。考察了水泥掺量、气泡掺量和原料土含水量三个因素，并重点对水泥掺量和气泡掺量进行研究。研究中发现，H型在整个配比条件下，轻质化效果差，且强度小，试样普遍脆性破坏;F型轻质化好的同时，其强度及变形均最优;K型轻质化较好，但其强度发挥不够理想;D型轻质化效果差的同时，其刚度普遍偏小。
　　(5)发泡剂的适用性考察:双氧水制备FMLSS综合性能差，不满足工程应用;所选蛋白型发泡剂（D型）轻质化效果差且成本较高，应用价值低;复配型发泡剂(F型)和阴离子型发泡剂K12A轻质化效果好，制备低强度等级FMLSS两者性能差异小，但在制备高强度等级FMLSS或在低含水条件下，K12A适用性降低。整体显示，复配型发泡剂工程应用价值较高。
　　(6)通过数字图像技术，得到了不同类型FMLSS微观构造参数，考察了微观构造与宏观特性的相关性。通过比较加载前后微观构造的变化，结合FMLSS加载后的破坏模式，总结了不同类型FMLSS的破坏机理。得出H型内部大微孔尺度过大，导致土体受载后迅速开裂，不利于强度变形的发挥。F型相比K型微孔分布均匀，且微孔尺度小，应力均匀分布于各个微孔孔壁之上，土骨架结构较稳定，表现出良好的强度变形特性。K型微孔分布不均匀，土体内含大微孔相对较多，加载后内部遭到破坏，性能降低，D型其破坏模式与低密度等级下F型相似，但其内部微孔分布的不均匀性及气泡泌水的现象，导致了FMLSS整体性能的降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 气泡混合土的应用及研究现状

1．2．2 发泡剂种类及性状研究

1．2．3 存在的主要问题

1．3 研究的主要内容及意义

1．3．1 研究的主要内容

1．3．2 研究的意义

1．4 技术路线

第二章 试验材料及试验方法

2．1 试验材料

2．1．1 原料土

2．1．2 发泡剂

2．1．3 固化剂

2．2 气泡混合土制作技术

2．2．1 前发泡技术

2．2．1 后发泡技术

2．2．3 适用性考察

2．3 试验配比及试样制备

2．3．1 试验配比

2．3．2 试样制备

2．3．3 试样制备质量控制

2．4 试验方法

2．4．1 发泡剂制备及性能检测方法

2．4．2 密度试验

2．4．3 强度试验

2．4．4 FMLSS微观构造特性分析试验

2．5 本章小结

第三章 发泡剂的气泡性能考察

3．1 气泡形成和破坏机理

3．2．1．气泡的形成

3．2．1．气泡的破坏机理

3．2 发泡剂的浓度确定及复配优化

3．2．1．发泡剂稀释液的浓度确定

3．2．2 发泡剂的复配优化

3．3 本章小结

第四章 基于FMLSS物理力学性能的发泡剂适用性考察

4．1 FMLSS的密度与强度特性

4．1．1 混合搅拌时间的影响

4．1．2 气泡掺入比和水泥掺入比的影响

4．1．3 原料土含水量的影响

4．2 FMLSS的变形特性

4．2．1 混合搅拌时间的影响

4．2．2 气泡掺入比和水泥掺入比的影响

4．2．3 原料土含水量的影响

4．3 本章小结

第五章 微观构造特性及破坏机理分析

5．1 FMLSS微观构造特征对比分析

5．1．1 微孔面积百分比

5．1．2 微观构造分布特征分析

5．2 FMLSS微孔分布特征与物理力学性质的相关性分析

5．2．1 微孔分布特征与密度相关性

5．2．2 微孔分布特征与强度变形性质的相关性

5．3 基于微观构造性质的FMLSS破坏机理分析

5．3．1 加载前后微观构造特征的变化

5．3．2 荷载作用下FMLSS的破坏模式

5．3．3 FMLSS破机理分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简历