文摘

深陷季冻地区,凝固层很容易被摧毁的影响由于冻融循环后的表层砂质边坡是由化学方法固化。为了研究新砂的应用效果巩固剂固化后砂体,强度形成的机制进行了分析通过扫描电子显微镜(SEM)。进行冻融循环试验在沙地上巩固样本。直接剪切试验和无侧限抗压强度试验进行了冻融循环分析冻融前后电阻沙子巩固样本。现场固砂剂进行了测试,其强度测试观察其效果。结果表明,胶粘剂膜表面的砂颗粒是由沙子巩固代理,增加凝聚力和强度的砂颗粒。冻融循环试验后,内聚力、内摩擦角、抗压强度的逐渐凝固沙随冻融循环增加而降低。从快速减缓递减速率降低,然后趋于稳定。样品的失效模式从脆性破坏塑料失败。沙整合层可以有效防止崩溃的桑迪的斜率。 Combining with the external-soil spray seeding, the sand consolidation layer is beneficial to the growth of plants.

1。介绍

风成砂广泛分布在中国的西部和北部。在自然状态下,风积沙是松散的,这带来了一些困难,在风积沙地区公路工程的建设。风成砂坡,高成本的传统工程保护不足,劳动强度高,容易老化的工程材料(1∼3]。植物保护的缺点是施工进度缓慢,植物成活率低。不容易达到保护的效果(4∼6]。

由于工程砂固结的局限性和植物固砂、化学固砂技术近年来吸引了越来越多的关注,因为其成本低、效率高、方便施工(7]。化学固砂形成凝固层表面的风成砂提高表面强度。它可以保持水在较低的层,实现固砂的影响(8]。研究人员进行了全面研究砂巩固公式,喷涂技术,和沙子巩固效果,取得了一些成果9]。

新方法的整合疏松砂岩地层开发了哈菲兹et al。10]。方法包括原位复合phosphate-polyelectrolyte钙盐的沉淀与宽松的沙粒结合在一起,因而他们整合。三个不同的聚合电解质(PE)进行测试,即。,polyacrylic acid (PAA), polyallylamine hydrochloride (PAH), and polyethylenimine (PEI). Lucas et al. [11致力于知识整合的硅砂的碱性溶液为了确定干燥期间发生的机制砂和各种碱性溶液混合物。砂分布调查关注的影响大小,硅酸钠溶液稀释,干燥温度的混合物整合行为。一种新型聚合物,研究酸(PASP)树脂被用作固定剂的化学物质(CSFA),研究了杨et al。12)提高砂的antiwind侵蚀和抗压强度属性。赵和王13)使用的混合硅氧烷预聚物和聚乙烯醇砂巩固代理第一次和研究了固化的耐水性和抗剪强度沙子。几个层次的沙被Ozgurell灌浆使用丙烯酰胺化学灌浆和测试et al。14]。鱼片等。15]介绍了Biocalcis金沙的整合及其应用。机械压实和水文特征sand-bentonite混合物与膨润土含量从5%到40%不等被Haluk在实验室研究和穆斯塔法(16]。如今,研究化学固砂主要集中在强度、渗透性、耐冻融、耐水、耐风蚀等,往往结合植物固砂。然而,化学固砂机制的分析不深入。研究冻融性化学固砂相对单一。大部分的测试适合室内和现场条件不充分考虑。

新砂巩固代理TD-1具有良好的透气性。喷洒后,它可以形成一个20 - 30厘米厚整合层表面的风成砂,有效防止砂坡的崩溃。盐钾固化产品有利于植物的生长。结合external-soil喷播,草种植可以进行整合层的表面。现在,它被用在张家口地区的测试区,以及砂固结的影响是好的。张家口地区属于深季冻区。早在春天和冬天,昼夜温差很大。整合层边坡表面容易被摧毁在冻融循环下,影响边坡的稳定性。为了了解凝固沙的影响,巩固了砂的强度形成机理从微观方面进行了分析。通过冻融循环试验、直剪试验和无侧限抗压强度测试,凝聚力的变化,内摩擦角和抗压强度进行了研究。 The relationship between stress and strain was studied. The sand consolidating agent was tested in Zhangjiakou area, and its effect was observed.

2。测试材料

测试中使用的风积沙从张家口地区,中沙级配较差。新的砂巩固代理TD-1主要是由硅酸钾、磷酸硅、硅酸锂,硅溶胶,和一定比例的水。

风积沙的基本属性指标(见表1)。

(我)硅酸钾:根据工程实践的应用效果,考虑到现场使用的经济效益,三个不同的模的比率(3.2,3.3,和3.4)研究了硅酸钾(2)新硅磷酸:新硅磷酸是一种白色粉末晶体,这是可溶的,可溶解在均匀混合的解决方案(3)硅酸锂:硅酸锂的模量是4.8,浓度为0.2 g / mL(iv)硅溶胶:硅溶胶是碱性(pH = 9),和浓度为0.3 g / mL。

3所示。测试计划和样品制备

3.1。测试计划

通过正交试验,砂的最佳比例合并代理TD-1是已知的。硅酸钾的固体含量是3%的风积沙的质量。固体含量的硅磷酸是硅酸钾的6%。硅酸锂的固体含量是2%的硅酸钾。固体含量的硅溶胶硅酸钾的3%。三种磷酸钾硅酸盐和硅、硅酸锂,硅溶胶被用来准备砂巩固代理准备固砂样品。沙子巩固代理是与砂混合合并样本。当样品的年龄达到14天,测试。在这个时候,样品达到高强度。在未来,28岁的样本,90年,180天将测试研究样本参数随时间的变化。

使用扫描电子显微镜(SEM)观察疏松砂岩颗粒和沙子巩固样本。砂的强度形成机理从微观方面巩固样本进行了分析。

沙子巩固的冻融循环测试样本进行了高低温交变humidity-heat试验箱。样品在饱和水,24小时后取出。样品的表面水分吸收软布。样本与保鲜包装冻融前电影。为了模拟最大程度上的每日温差早春和张家口地区初冬,冷却温度设定在−20°C和熔化温度设定在20°C。冻融循环时间设定在12小时,冷却时间是6小时的熔化时间是6个小时。样品受到0,1,2,5,10,分别和20个冻融循环。冻融循环后,进行直接剪切试验在沙地上巩固样品在垂直压力下100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa。凝聚力和内摩擦角的变化不同的冻融循环后的样品进行了研究。

砂巩固代理测试砂坡上的章成高速公路,及其整合层的渗透深度和强度进行了测试。external-soil喷播后,观察种植草的效果。

3.2。样品制备

样品直接剪切试验是由环刀。环刀的内径和高度是61.8毫米和20毫米,分别。环刀的内壁涂上凡士林。显微分析的样品从样品的直接剪切达到年龄和切成5毫米×5毫米×2毫米部分。样品的直径和高度的无侧限抗压强度试验是40毫米和100毫米,分别。

最大干密度、最佳含水量风积沙,最佳的固砂剂比例是已知的。风成砂的质量,硅酸钾的体积,体积硅酸锂,硅溶胶的体积,硅磷酸的固体和水的质量计算。样品是由混合均匀所需的材料。样本填写层。每一层的表面被刮,密实度是97%。

4所示。微观分析砂巩固样品的强度形成机理

沙粒子和样品由硅酸钾不同模放大了1000倍和成像(见图1)。

从图可以看出1,风积沙的表面相对光滑,以及砂颗粒之间几乎没有凝聚力。砂巩固代理形式白色胶粘剂膜表面的沙子。砂颗粒由胶封闭膜,和沙粒之间的孔隙是由粘合剂膜。邻砂粒子束缚在一起的粘合剂膜。因为胶的粘结和填充膜,疏松砂岩颗粒形式的力量。胶粘剂的组成膜主要由硅酸钾固化。H⁺磷酸水解后产生的硅取代K⁺这很容易导致硅酸钾水解,提高胶粘剂的耐水性和韧性膜。膜胶粘剂由少量的硅酸锂和硅溶胶是不溶于水,提高整体实力和胶粘剂膜的耐候性。

样品用模数3.2硅酸钾少膜砂颗粒和较大的残余孔隙之间的粘合剂。硅酸钾的模量增加,砂颗粒之间的粘结膜逐渐增加,这不仅提高砂颗粒之间的粘结效果,还降低砂巩固样品的孔隙,使它们趋于紧凑。在同一年龄、硅酸钾用模量越高,强度越大的沙子巩固样本。

当样品完全干,随着年龄的增加,形成的粘合剂膜的硬度沙子巩固代理增加和样品的强度逐渐增加,但是毛孔之间的粘合剂膜会产生一些裂缝。风积沙的主要成分是SiO₂。从图可以看出1,砂巩固代理凝固沙颗粒表面没有任何化学反应与砂颗粒。

5。冻融循环测试的结果和分析

5.1。凝聚力的变化、内摩擦角、抗压强度

力学参数,即。,cohesion, internal friction angle, and compressive strength, were obtained via direct shear tests and unconfined compressive strength tests conducted on the three kinds of sand consolidating samples.

可以看出,凝聚力,内摩擦角,和无侧限抗压强度变化与冻融循环(参见图的数量2∼4)。

数据显示2来4、内聚力、内摩擦角,和样品的抗压强度与不同的模正逐渐由硅酸钾随冻融循环的数量增加而降低。在前五个冻融循环,减少很大。5冻融循环后,减少的速度放缓。10个冻融循环后,它往往是稳定的。20冻融循环后,样品由硅酸钾的凝聚力与模数3.2是123.46 kPa,这减少了30.01%。内摩擦角是36.43度,减少了5.18%。强度是558.32 kPa,这减少了34.81%。样品准备的凝聚力与模数硅酸钾3.3 149.53 kPa,减少了31.17%;内摩擦角是37.27度,减少6.50%;和强度是682.32 kPa,这减少了35.56%。 The cohesion of the samples made of potassium silicate with modulus 3.4 is 169.43 kPa, which decreases by 31.47%; the internal friction angle is 37.63 degrees, which decreases by 6.676%; and the strength is 889.96 kPa, which decreases by 36.89%.

沙子的冻融循环巩固样品饱和后进行。仍然有一些气孔之间的粘合剂膜样品和水霜起伏的毛孔冻结。在冻结过程中,样本的外部温度迅速降低,逐渐从外部到内部结冰。矩阵的作用下潜力,内部水分向外迁移。冻融循环过程中,砂颗粒之间的粘结膜被破坏与水分的迁移和冻胀现象,降低了焊接和砂颗粒之间的摩擦。样品的剪切强度和抗压强度降低和减少凝聚力和内摩擦角。

前五个冻融循环过程中,水溶性和crack-prone胶粘剂膜容易被破坏,因此,降低利率的凝聚力,内摩擦角,和样品抗压强度相对较高。10冻融循环后,剩下的胶粘剂膜不容易破坏,凝聚力、内摩擦角、抗压强度的样品往往是稳定的。模量越大硅酸钾用于样本,将形成更多的债券膜和较小的砂颗粒之间的孔隙。水分迁移的影响和冻胀现象冻融周期也更大,所以凝聚力和内摩擦角的还原速度大于样本的使用低模数硅酸钾。

5.2。应力-应变行为

无侧限抗压强度的应力变化与应变测试的三沙巩固样品(见图5∼7)。

从数据5来7,可以看出每个砂巩固样本线性增加的应力随着应变在加载的初始阶段。随着压力的不断增加,标本没有立即遭受冻融周期应力达到峰值时脆性破坏。冻融循环的增加,应力-应变曲线的斜率减小,破坏应力减少,破坏应变增加。当达到峰值应力,应力随应变的增加保持不变或减少,然后发生故障。

沙子形成的粘合剂膜整合剂干燥后逐渐变硬,形成硬膜。没有冻融循环,样品的失败是胶粘剂膜的脆性断裂,所以样品是脆性破坏。随着冻融周期的增加,粘结膜的作用下逐渐软化水迁移和冻胀现象。从脆性破坏样品运送到塑料的失败失败。

6。现场试验

砂巩固代理测试在测试部分的章成高速公路。测试斜率是桑迪开挖坡高13米,长度为50米,坡45°角,总面积920米²。

计算砂的质量,需要固化表面的斜率和砂巩固代理现场做准备。硅酸钾模数为3.45,和硅酸钾的固体含量是3%的固化砂的质量。固体含量的硅磷酸硅酸钾的6%。硅酸锂的固体含量是2%的硅酸钾。固体含量的硅溶胶硅酸钾的3%。根据风积沙的最佳含水量,水需要添加的决心。所需的材料混合,搅拌均匀。砂巩固代理是喷砂斜坡的表面均匀喷涂设备。砂巩固代理开始固化后2小时和24小时后形成的力量。沙子形成的凝固层整合剂表面的斜率是光滑的。 The effect after spraying is good (see Figure8)。

砂的渗透整合代理边坡表面是好的。在没有压力的条件下,渗透的深度可以达到10∼30厘米(见图9)。

强度的固化层表面的斜率测试后7天喷砂巩固代理。每100米一个标本²是强度测试(结果,见表2)。

表2表明,凝固层的强度超过800 kPa 7天后使用砂巩固代理。固化层是紧凑,强度高。之后,结合external-soil喷播,草种植。两年后,效果好(见图10)。

两年后,没有水的侵蚀,表面开裂,崩溃的桑迪的斜率。固化层有很好的耐候性。砂的固化产品整合代理可以用作植物肥料,促进了植物的生长表面的斜率。不仅种植草后,桑迪的表面边坡绿化也增加了边坡的稳定性。

7所示。结论

砂固结标本扫描电镜观察。冻融循环测试进行了固定样本。直接剪切试验和无侧限抗压强度测试之前和之后进行了冻融循环。得出一些结论。

凝固后,胶粘剂膜表面形成沙粒封装沙子颗粒,他们之间填充毛孔形成力量。凝聚力、内摩擦角和无侧限抗压强度的砂巩固剂降低增加的冻融循环和10个冻融循环后趋于稳定。没有冻融,沙子巩固样本显示脆性破坏特征。随着冻融循环,逐渐从脆性破坏塑料样品失败。冻融循环后,砂巩固所有样品保留了巨大的凝聚力,内摩擦角、抗压强度和冻融性好。砂巩固代理可以应用于保护边坡桑迪深季冻地区,干旱的地区,可以达到更好的效果。

砂的渗透深度整合代理桑迪章成公路边坡20∼30厘米。整合层形成强度,可以有效地防止砂坡的崩溃。external-soil喷播后,它有利于植物生长和整合效果好。

数据可用性

测试数据和现场数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢z h .左和c·h·黄帮助实验。这项研究得到了国家自然科学基金(批准号51378322),河北省自然科学基金(批准号E2018210097),补贴项目的创新团队的主要人才培养项目河北省高等教育机构(批准号LJRC023),河北省为博士研究生创新基金项目(批准号CXZZBS2018027)。所有的支持都是感激地承认。