工业矿渣对氧化镁碳化改良软弱土工程特性的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义

近几年工业的大规模发展，工业废弃物越来越多,大量堆放对环境造成了很大的严重的污染，人们就想通过研究和利用工业矿渣，这样既可以保护环境，节能降耗,又可以废物利用,具有社会效益、经济效益、环境效益三大好处。

2. 国内外研究现状分析

活性氧化镁(MgO)碳化固化技术是近年来提出的一种低碳环保、处理软弱土的新方法。本以国家自然科学基金项目(51279032)、十二五国家科技支撑计划项目(2012BAJ01802-01)为依托,选用宿迁地区粉土、南京河漫滩地区粉质黏土和海安地区粉质黏土作为处理对象,以活性MgO和CO2为固化剂,采用模型筒碳化装置对静压法制成的试样进行碳化加固。通过室内试验、微观试验和理论分析相结合的方法,对MgO碳化固化土微观机理和应用进行了研究。主要研究成果如下：(1)研究了初始密度、初始含水率和碳化时间对活性MgO处理土碳化固化效果的影响规律,从碳化前后试样干密度、含水率、pH、颗粒粒径分布等方面进行了分析。结果表明：随着碳化时间增长,碳化土的含水率和pH值逐渐减小,碳化后干密度逐渐增加,并在碳化6h后趋于稳定；碳化后黏粒含量减小,粉粒和砂粒含量增加。碳化后试样干密度随着初始密度增加而增加,碳化后含水率随着初始含水率增加而增加；对于宿迁粉土,其碳化后含水率随着初始密度增加呈现先增加后减小趋势,干密度随着初始含水率的增加而逐渐增加并趋于稳定,pH值随着初始含水率呈现先减小后增加的趋势；而对于南京粉质黏土和海安粉质黏土,其碳化后含水率则随初始密度无明显变化,pH值随初始含水率变化不明显,干密度随着试样初始含水率增加而逐渐减小。(2)基于活性MgO碳化固化土的微观机理分析,揭示了初始密度、初始含水量和碳化时间对碳化固化土的矿物成分和微观结构变化基本规律,并提出粉土和粉质黏土的碳化反应微观模型。试验结果表明：(1)MgO固化土碳化后的主要产物是三水菱镁石、水碳镁石和球碳镁石；土体初始含水率越高,土体中未碳化的水镁石越多；生成的碳化产物随碳化时间增加而增多；相应的化学胶结作用和填充密实作用增强,使固化土强度提高；MgO固化土碳化后累积孔隙体积显著降低；随碳化时间增加,试样孔隙率不断降低,平均孔隙直径减小；随初始含水率增加,孔隙率有所增加,平均孔隙直径也略有增加。(3)提出了粉土和粉质黏土的碳化反应微观模型,确定了固化土最短碳化时间：粉土碳化3h强度最高,粉质黏土碳化6-12h获得最高强度。(4)采用模型槽装置,初步研究了整体碳化试验的施工工艺,模型试验结果表明：采用覆盖管注碳化工艺可以实现现场碳化固化软弱土,发现粉土掺入MgO碳化固化后的强度显著高于素土。

3. 研究的基本内容与计划

主要试验内容：碳化前的击实试验、处理前后土的液塑限、容重、含水率、颗粒分析、ph值、电导率、无侧限抗压强度等。

试验方案：固化剂的总掺量设计为10%、15%、20%和25%；矿渣：mgo的质量比为100:0（无mgo）、75:25、50:50、25:75、0:100（无矿渣），养护时间为7d、14d、28d，在co2通气压力为100-200kpa时，碳化时间为0h、6h、12h和24h。试验中在研究一种影响因素时，固定其他因素不变。每组试验有3个平行样，试验过程中根据实际情况而适当增加平行样。若相对误差低于20%，取三个试样的平均值为最终结果；若相对误差高于20%，重新制样试验。

（1）2019. 2.20-2019.3.20，进行试验材料准备，并做尝试试验熟悉试验操作。

4. 研究创新点

本实验为了节能减排需要,研究低碳环保、高效的软土地基处理技术,以活性氧化镁和二氧化碳为新型固化剂代替传统的硅酸盐水泥加固软弱土,这项创新的理念技术对建筑业有巨大的科学意义