海水侵蚀条件下钢渣+水泥固化土强度劣化试验研究

摘要

海相软土具有高含水率、高压缩性及低强度等特点，工程上一般采用水泥进行原位固化，但海水中侵蚀离子作用会导致固化土微观结构和生成物改变，使其物理力学性质发生变化，耐久性降低。本课题采用新型固化剂（钢渣）来固化海相软土，研究钢渣替换部分水泥形成的固化土在海水中的强度劣化性能，并从宏观和微观角度解释固化土的劣化效应，为钢渣+水泥固化软土在工程上投入使用提供一定的理论依据。
　　通过室内物理力学试验，探究钢渣+水泥固化土（SSP-CS）和掺了激发剂的钢渣+水泥固化土（A-SSP-CS）分别在海水和蒸馏水浸泡条件下，含水率、质量和无侧限抗压强度（UCS）随时间变化规律。与采用水泥做固化剂形成的水泥土（CS）相对比，得到这三种固化土在海水中的强度损失率。海水中三者的含水率和质量均不断降低，A-SSP-CS和CS试样在海水中的UCS值随侵蚀时间增加而逐渐降低，但SSP-CS的UCS值却缓慢增长。选取对水泥土起主要侵蚀作用的三种离子（Mg2+、Cl-、SO42-），研究单一离子引起三种固化土受侵蚀后的物理力学变化，得到三种离子对固化土的劣化效果为Mg2+>Cl->SO42-，并建立物理力学参数间的关系。
　　利用X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）分析海水中钢渣+水泥固化土的微观形貌和物相随侵蚀时间的变化，得到钢渣+水泥固化土在海水中的劣化机理。海水侵蚀使固化土孔隙变大，颗粒排列疏松。固化土中新增了熔融状的F’s盐与网状大孔隙络合物Mg-S-H和Mg-A-H，表面被F’s盐覆盖，钢渣中C4AF和C2AF可降低海水的侵蚀作用。利用以上试验方法分析单一离子对固化土的影响，表明Cl-和Mg2+都会导致固化土结构疏松，但SO42-对结构的影响较小。Cl-侵蚀固化土会生成CaCl2和F’s盐，F’s盐的无胶凝性引起固化土劣化；SO42-与胶凝材料反应会生成石膏、硅钙石和钙矾石，当这些物质产生的体积膨胀大于孔隙体积时会引起固化土产生裂纹；Mg2+侵蚀会生成Mg(OH)2沉淀、Mg-S-H和Mg-A-H，并降低孔隙溶液pH值，引起水化物凝胶的分解，造成固化土劣化。

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摘 要

ABSTRACT

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Contents

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 钢渣成分及活性

1.3 钢渣应用研究进展

1.4 水泥基材料耐久性研究现状

1.5 现有研究存在的问题

1.6 研究内容与技术路线

2 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 试验内容与方法

2.3 本章小结

3 海水侵蚀条件下钢渣+水泥固化土物理力学特性分析

3.1 试验方案

3.2 钢渣+水泥固化土含水率变化

3.3 钢渣+水泥固化土质量损失变化

3.4 钢渣+水泥固化土UCS变化

3.5 含水率变化、质量变化与UCS之间的关系

3.6 本章小结

4 海水侵蚀条件下钢渣+水泥固化土强度劣化微观机理分析

4.1 试验方案

4.2 钢渣+水泥固化土侵蚀后表观现象变化

4.3 钢渣+水泥固化土受海水侵蚀后XRD变化与分析

4.4 钢渣+水泥固化土受单一离子侵蚀XRD变化与分析

4.5 钢渣+水泥固化土受海水侵蚀后SEM变化与分析

4.6 钢渣+水泥固化土受单一离子侵蚀SEM变化与分析

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

硕士期间获得的成果

致 谢