文摘

钙基稳定剂材料(csm)展览火山灰特性通过水合作用提高粘质土壤的性质,阳离子交换,絮凝,火山灰反应,碳化。在这个全面审查,包括在过去三十年里从1990年到2019年,稳定膨胀土的机械的文献通过合并csm提出通过回顾183年发表的研究文章。csm的优缺点地面稳定剂是简洁,和物理化学的主要结果详细对土壤特性的影响进行了讨论。与CSM混合后,主要的交互作用对土壤特性的影响和关注化学过程,如x射线荧光x射线衍射分析和微观结构相互作用通过使用扫描电镜和热重分析了过去的研究人员的发现。这项工作将有助于岩土工程师选择合适的CSM geoenvironmental领域的工程在致力于可持续建筑土木工程结构的膨胀土。

1。介绍

细粒度的土壤的行为在很大程度上是由水分含量变化。在与水相互作用,粘土颗粒在这种土壤主要负责广阔的大自然,因此被称为“膨胀”或“肿胀”土壤(1]。其中,膨胀土的主要粘土矿物包括伊利石、高岭石、蒙脱石(进一步称为Mt)。由于亲水性粘土矿物的性质和高分散性,他们导致高风险土木工程基础,山体滑坡触发(2),而道路地基梁(3)特别是在沥青涂层土壤改良添加剂或寒冷的混合物(4- - - - - -7]。在工程实际意义,膨胀土的治疗是必要的。机械和化学土壤稳定改善的工程特征问题的土壤(8]。稳定的土壤可能是昂贵的,但它降低了总体造价的建筑物和道路地基(9]。为了提高膨胀土的行为,岩土工程师寻求帮助从土壤科学和地质学。介绍了第一个现代使用土壤稳定在1904年的美国(10]。Brashad [10)解释了粘土膨胀由于水的现象在1950年考虑各层间阳离子。佩特里和小10]研究了膨胀土的稳定评估传统钙基稳定剂材料的有效性(csm)在1940年和2001年期间实践状态的稳定。西蒙斯(11]讨论了显微结构的过程,化学交互作用,废物再利用和可持续性,以修改膨胀土属性。在另一个研究中,Behnood [12)综述了钙的比较(Ca)和non-Ca-based稳定剂详细讨论基于土壤改性技术和挑战。根据Godenzoni [13),胶凝材料(CMs)是由最传统的稳定材料,也就是说,石灰、水泥和混合连同其他火山灰材料。今天,一个详细的文献,和全球研究膨胀土稳定使用广泛的古典和紧急材料仍在进行中14- - - - - -22]。虽然证据确凿的研究大量稳定剂的使用,这些作者的,知识,没有研究在1990年到2019年之间,解释了csm的主要和交互影响膨胀土,被发现。同时,标准化领域的各种添加剂不可用岩土工程导致geoenvironmental问题和影响环境。这种全面审查的主题有三个主要目标:(1)获得的见解关于历史,机制,损害相关,和流行的膨胀土在近30年中,(2)审查的做法有效稳定使用总部稳定器材料用于土木工程结构和道路人行道,和(3)的指导下选择材料领域的研究者和实践者的研究。

2。膨胀土的基本知识的稳定

2.1。机制

改善土壤性质的或有问题的手段增加抗压强度和渗透率,降低塑性和可压缩性,改善耐久性的土壤。更简洁,“土壤稳定”主要是土壤化学外加剂的加入导致化学改善(23]。在膨胀土膨胀主要处理普遍存在的孔隙空间的类型和数量以及它们与水相互作用。肿胀的现象可能由在一个相对长的时间介于5到8年在早期使用寿命的基础和人行道24]。图1说明了单元之间的孔隙空间层粘土,也称为夹层空间,这代表着“微孔性”,而相邻颗粒之间孔隙空间或聚合,称为颗粒间的孔隙或interaggregate孔隙空间,分别代表了“大孔隙度”压实蒙脱石微粒。水存在于这两个地区不同的物理状态。肿胀发生在水进入夹层。佩特里和小10)概述了实证方法来确定膨胀土的膨胀引起体积变化。

图2描述了入水的过程在粘土板扩展微级。“粘土颗粒”是一个相互联系的堆粘土层四层最大的水晶水。“粘土总量”是“粘土粒子”形成的装配单元的压实粘土双重结构。粘土颗粒表面平行的部分,称为“粘土层粒子的脸。“然而,粘土颗粒表面正常的一部分粒子表面被称为“粒子边缘。”Diffuse double layers are produced around particle faces with the attached water called “double-layer water.” The water other than the diffuse double layers is shown by the “equilibrium solution.”

扩散双电层理论的作用开始发挥作用,同时评估粘土矿物的膨胀系数。因此,产生的排斥和有吸引力的力量在粒子物理化学效应量化等级(26]。这个理论适用于蒙脱石颗粒出现在单价电解质浓度较低的酒。双电层的厚度如下所示“Poisson-Boltzmann方程”: 在1 /K=D_l,即,thickness of double layer (cm),D=介电常数,k=玻耳兹曼常量= 1.38∗10⁻²³J / K,η₀=本体溶液的电解质浓度(离子/厘米³),ɛ=单位电子电荷(静电单位),T=绝对温度(K)=阳离子价。请注意,D_l成正比的阳离子交换量(CEC)和比表面积(SSA)的粘土矿物和对这些实体有明显影响27- - - - - -29日]。

“层状硅酸盐粘土矿物属于“家庭和携带净残余负电荷。粘土改性的机理,富含钙的稳定剂包括离解成钙离子,钙含量较高,反应与二氧化硅和氧化铝导致离子交换,絮凝,火山灰反应。这个过程是用方程表示(2)- (5)。同时,加州承载比(CBR)的增加,形成的两个主要组件,硅酸钙水合物(C-S-H)凝胶,由化学公式[5 ca₂SiO₄:6小时₂O),和铝酸钙水合物(C-A-H)凝胶,与化学式(Ca₅如果₅Al (OH) O₁₇h·5₂O)。如方程所示4)和(5),这是由于火山灰反应土壤耐用性在很大程度上改善(30.]。同样值得注意的是,在某些情况下,硅酸铝酸钙水合物(C-A-S-H)可能也增加了土壤强度。火山灰反应发生在一个高度碱性环境逐渐溶解铝硅酸盐也有助于长期强度增益(31日]。粘土矿物的存在类型和钙(Ca^{2 +})离子控制这些反应的有效性。提高土壤基质的体积稳定性^{2 +}往往取代单价Na⁺或H⁺离子。以这种方式生产C-S-H和C-A-H凝胶被称为“聚合过程”(32,33]:

2.2。识别和描述

至关重要的是量化的膨胀压力(P_年代)对膨胀土在水吸收。膨胀土低于地面水平延伸的深度约1.5米更容易肿胀压力在特定的区域称为“活跃区深度。“然而,活跃区深度以外的地区称为“体积恒定区”经历较小体积变化与水分条目(28]。这种土壤的磁化率体积膨胀使它们非常适合使用在支持基础。施等。29日]介绍了常见的膨胀强度评价方法,即。、自由膨胀(FS) [34),P_年代,决定使用界限含水量等简单的测试(液限(LL),塑性极限(PL),和收缩限制(SL)),胶体的内容和活动(A)粘土的价值。噢,PL和SL指标特性用于细粒度的土壤分类和确定的力学行为,即。,抗剪强度、压缩性和膨胀势(27]。根据实验研究Cantillo et al。35的界限含水量为估计的贡献至少统计学意义P_年代正如对38个样本进行测试得到的材料参数数据库。“自由膨胀指数”(FSI),衡量FS,土壤容积的增加没有任何外部约束时淹没在水里。”P_年代^”被定义为施加的压力粘土当它吸收了水在一个狭小的空间里。“活动”(A),塑性指数(PI)的比例粘土分数的百分比,代表了粘质土壤的持水量和粘土矿物的类型和数量的函数。活动的(通常大于4)最高比高岭石和伊利石。FS和P_年代(28,36)计算固结仪按照ASTM标准(37]。此外,确定P_年代,零膨胀试验和固结仪试验方法更可取,因为他们的轻松和简单的过程(38,39]。为各种不同的膨胀土在埃及,它是揭示了Mehmood et al。40),对高塑性粘土与活动在0.8和1.5之间,膨胀势参数计算使用以下方程:

提出了膨胀土的识别和描述在许多研究历史的史册。在表1基于膨胀,膨胀土分类测试,界限含水量、自由膨胀率,占主导地位的粘土类型、吸入和吸收能力。与研究在70年代和80年代,分类建议,2000年开始呈现出显著差异。例如,根据中国建设部2004 (CMC)分类、膨胀土具有π很低的不到15%,而超过40%的高膨胀土。最新的分类方法考虑的重要土壤吸力参数,粘土矿物的优势地位,吸收能力clay-rich土壤为了提高分类准确度更高的膨胀土45,46]。根据最新分类指标特性基础上,提到的是粘土土壤会大于40%,高于裙躺在Casagrande塑性图,包含Mt含量超过5%,被称为膨胀土(38,44,47]。

2.3。基本的粘土矿物

膨胀土的膨胀是主要原因与伊利石等粘土矿物的存在,高岭石,太48,49)的矿物属性表中列出2。订单的膨胀系数是太>高岭土>伊利石。太是硅氧四面体和铝氧八面体通过范德瓦尔斯力薄弱有关。它有高液限(900%)和SSA(850克/厘米²)值15]。太有(1)永久负电荷在表面,这是同形的函数替换镁和铁离子的50),(2)正电荷分布在边缘,这是土壤pH值的函数(36]。高岭石是最广泛的三种粘土矿物中由于存在固定K⁺离子。伊利石有一个扩张指数介于Mt和高岭石,而其结构类似于与Mt。伊利石也固定钾离子之间的夹层空间,减少其豪爽。

当水与粘土矿物,纳尔逊et al。47)认为,一个分子间键的发展由于偶极自然的水导致离子水化和粘土粒子表面上吸附的水通过四个同步机制包括氢键、阳离子水合作用,渗透和偶极吸引力。然而,根据Labib和纳什51)和Akgun et al。39),内部的压力平衡含水粘土混合干扰是由于H的存在⁺噢,⁻在水里,因为粘土颗粒带负缘电荷和积极的表面电荷,负责“膨胀”运动。这种运动有时被数度更高的大小,和理论的整合,含水率,suction-based技术是用来预测产生的运动(23]。

3所示。损害引起的膨胀土在上层建筑和基础设施

膨胀土的破坏负载轻的土木工程结构(通路、公路、边界墙,一至三个赫赫有名的建筑,水,和卫生管道地面以下)更重要的是由于大型膨胀压力。肿胀现象在本质上是复杂和危险的,P_年代有时接近举起的基础结构和人行道,造成部分损坏或整个破坏和货币损失(52- - - - - -54]。它已经建立,几乎33%的土地在苏丹,印尼和印度土地面积每20%,超过12%的叙利亚的土地,中国6%的土地包括干旱地区膨胀土的存在和/或黑棉土(23,41,55- - - - - -58]。年度经济损失将在膨胀土施工超过约九十亿美元在美国(59),美国十亿(在中国60),在英国和美国05亿美元(36]。在另一项研究中,西蒙斯(11和赵et al。61年),在美国,1970年至2000年,每年总建筑损失由于膨胀土的破坏与损失成本增加了140%达到美国47亿美元。同时,25%的家庭在美国是影响膨胀土损失(41]。

在许多情况下,例如,在美国和澳大利亚的部分地区,公路的维护成本建立在膨胀土超过建筑成本(1,2,11]。Dafalla和Shamrani62年)指出,如果初步岩土调查膨胀土的地基的人行道上不进行施工之前,它可能会导致不适当的排水和过早的结构故障。Puppala和Pedarla63年)强调利用环保的需要和经济浪费材料,如蔗渣灰,提供高强度和耐久性,在膨胀土建造地基梁(64年- - - - - -67年]。这些膨胀土也出现在中东和海湾国家包括巴基斯坦、伊朗、印度、阿曼和沙特阿拉伯,很大程度上影响负载轻的土木工程结构(40,68年]。图3概述了损坏的建筑物,道路和堤防在不同的国家。

如果膨胀土处理不当,裂缝可能会传播得更广更深由于水分快速退出,如图4。裂缝是最小化和局部混合时CSM(电石渣,在这种情况下)。样品的完整性也显著增加了稳定剂混合使用高剂量的规定。然而,与膨胀土的破坏是无数,普遍存在和不可避免的。因此,需要更多的研究来进一步探索复杂的开裂机理,以获得一个真正的了解自己未知的危险行为。

4所示。总部稳定剂在聚光灯下

4.1。稳定膨胀土使用CSM

寻找先进的潜在土壤稳定材料处理问题总是在进步。的原因引起岩土工程师使用CSM的注意如下:(1)替代粗粒材料可能不合算,因为膨胀土层扩展深度和不规则的模式,(2)Ca的存在^{2 +}离子加速火山灰反应(63年),往往会降低P_年代,(3)这是一个热门话题,是广泛存在字段现在,(4)预湿技术在其他需要更高的时间(几年)土壤水力传导率较低(73年),(5)回收获得环境效益和经济效益,减少自然资源的使用导致发展低排放和低能耗技术(74年]。与Ca稳定材料^{2 +}较低的P_年代通过两种机制:(1)通过稳定粘土颗粒的结构使用阳离子交换和(2)通过增加阳离子的浓度土壤间举行双水内,从而耗尽层厚度(72年]。

4.2。CSM的特点

例如,大量的csm石灰、水泥、粉煤灰(FA)、磨细高炉矿渣(矿渣微粉),蔗渣灰(BA),水泥窑粉尘(CKD)、稻壳灰(RHA),硅灰(64年),钢渣(SS)、污水污泥灰(SSA),棕榈油灰(POFA),燃油粉煤灰(FOFA),花生壳灰(GSA) [12,34,75年- - - - - -78年),用于岩土工程。一些“纳米材料”富含钙含量(79年)也作为CSM,萨瓦特(80年建议这些可以用于强度提高,塑性降低,限制膨胀和收缩压力。同时,水泥的混合、乳化和水形式发展的材料,如冷再生混合物(有证),负责路面施工中的长期性能(81年- - - - - -83年]。

不同的csm与化学成分决定使用x射线荧光光谱仪表中列出3。广泛使用csm石灰(曹≈40 - 50%和70 - 80%),水泥(≈40 - 50%和60 - 70%),FA(< -50%), 10%和30%矿渣微粉(≈30 - 50%),和BA (< 5%, 10 - 20%)。剩余的可用性^{2 +}往往会迅速取代单价或钠氢离子特别是高pH值环境,赋予更高的体积稳定膨胀土通过离子交换。这导致絮凝反应,从而提高了土壤的物理力学行为,增加了土壤强度。

然而,碳酸钙(CaCO₃)生产由于石灰碳化,这是弱者的源塑料由于其自然提高膨胀土的可塑性23]。Modarres和Nosoudy87年)表示,CaCO₃形成与存在多余的石灰和活性SiO的不可用₂和艾尔₂O₃。

的优点和缺点csm简要总结表4,作为一个指南处理CSM的膨胀粘土稳定现场商业和在实验室进行研究。

5。影响岩土特性与强调化学过程和微观结构的相互作用

5.1。石灰稳定的主要影响

石灰稳定提高岩土性质通过改变微观结构和织物膨胀粘土(112年通过四个重要反应(113年),即。,(1)cation exchange, (2) flocculation-agglomeration, (3) carbonation, and (4) pozzolanic reaction. It is mainly due to the flocculation-agglomeration reaction that the geotechnical properties of high plasticity clay soils are improved. Because of flocculation, the PI and FSI lower down, whereas compression strength and permeability go up [23,114年- - - - - -116年]。图5显示,与石灰处理,π减少由原来的6倍和转换从CH毫升石灰稳定的功效。高岭石,伊利石,太影响最终的稳定和高度控制稳定器的特点,如剂量方法,强度增加,工程条件和养护条件影响(23]。

固化的时期是一个重要的参数在实现长期抗压(问_u)和分裂抗拉强度(问_t),如火山灰反应进展对完成(54,63年,117年]。强度增益为4%石灰和养护28天石英、高岭石、和记录为330%,230%,和130%,分别与样本有4%石灰和测试一天后固化(118年]。增加固化时间是一种有效的方法降低膨胀土的膨胀势与石灰处理。在修改后的压实试验相同含水量,增加了133%在UCS水样本观察治愈从7天到28天(119年]。Zulfiqar[阿里和114年)说,这种行为是由于更换熟石灰Ca(哦)₂在早期与曹生石灰,进而加剧了火山灰反应。这一观点也被描绘成从他们的测试结果。

根据伊德里斯El-Zahhar [120年),微观结构特性(表面特征、大小和形状)采样粒子的石灰稳定土是高度依赖于养护期。扫描电子显微镜(SEM)确定稳定剂治疗的效果与放大千分尺规模形态结构。美德的同时,化学分析、SEM协助评估定位在粘土颗粒钙118年]。图的SEM显微图6显示各种样本稳定8%石灰(石灰火山灰20% + 8%)混合,分别在7天养护,粒子在微程序级粘土的土壤变得粗糙。8%的石灰处理包含粗土壤基质,所示区域3,是由于塑性降低。

重要的是要确定有效石灰行为时作为一个潜在的CSM。石灰适用性的一种土壤,土壤含石膏、硫酸盐土壤和铁₂O₃简要地讨论了丰富的土壤。为了分析石灰作为稳定剂材料的功效,石灰的比值:二氧化硅,石灰:氧化铝、和石灰:(石英+氧化铝),poststabilization样品,必须大。在石灰的用量更SiO象征₂丰富的土壤,形成高度多孔硅胶。由于胶结强度是大大削弱了多余的凝胶的多孔性和持水量较高。因此,它有助于整体强度损失和导致更高的可塑性和肿胀的潜力。在他们的研究中对土壤含石膏、石灰处理3%被发现,最佳的强度要求,而且此后,逆转的影响(121年]。此外,施(122年说,所以₄丰富的土壤,水分曹的可用性使石灰弱的选择。各种各样的土壤有大量铁的内容₂O₃和石灰展览可分散性差,提高particle-to-particle结合,抑制FS和艾滋病P_年代(115年]。因此,可以推断,石灰稳定膨胀土,从低到高特性主要取决于类型的粘土矿物和现场施工环境的反应。

5.2。主要影响与石灰水泥和互动的效果

普通硅酸盐水泥(OPC)是世界范围内“关键材料”住房和基础设施也在软地基加固。但它的使用在某种程度上抑制由于全球变暖和气候快速变化的挑战当今世界的全球问题22,123年]。图7表明在1925 - 2009年间全球年度水泥生产和水泥生产在不同的国家与中国以铅为计划建设400亿平方米的建筑面积,直到2036年。

水泥稳定是专门推荐和显著增加了凝聚力,强度和持久性的粗级配混合π(低126年]。Zaimoglu [127年)没有使用水泥由于其高成本和危险的性质。水泥和石灰稳定收益率或多或少相同的结果对修改自C-S-H的形成机制,C-A-H发生在这两种情况下形成胶结与未经处理的粘土颗粒。石灰和水泥都有自己的好处和不良影响的角度稳定材料。

水泥独自在岩土工程性质的影响和工程特点了。水泥修改某些浪费材料的物理性质(如大理石工业废料和底灰),减少毒性水平(128年- - - - - -130年]。可塑性和膨胀指数降低,从而增加抗剪强度参数和渗透率特征。基于结果从过去的文学,从图8,10%的水泥和石灰,两者兼而有之P_年代和FS值大大降低。的P_年代是必要的评价问题的本质与广阔的相关问题。因此,为了研究稳定剂的影响P_年代,几乎所有曲线记录遵循类似的下降趋势,从500年到700 kPa,未经处理的土壤170 - 300 kPa,石灰和水泥剂量每一个(10%),用最少的石灰和水泥之间的方差(71年]。最大的显著减少P_年代数据中观察到Vijayvergiya和Ghazzallay相比几乎相同的价值观Turkoz报道和Tuson [131年),在考虑初始和最终的P_年代值在每个曲线。相反,石灰和水泥的治疗范围内的2 - 10%剂量水平表明,FS曲线经验广泛的差异。Komornik所表现出的趋势和大卫是最重要的,看到6倍减少治疗和最高剂量值,对比结果Turkoz和Tuson仅仅从20%变化到15%。此外,其余三条曲线为石灰和水泥遵循类似的趋势,说明了对FS值的减少一个中间的影响。最后,它可以看到在图8石灰和水泥的稳定机制为每个指定的治疗类似于对方,用水泥被证明是更有效的减少肿胀。注意,通过使用仅9%石灰,P_年代成为零和对塑性的影响价值几乎是一样的记录了石灰水泥混合的情况下(132年]。

CKD是细粒度powder-like尘埃物质获得作为副产品生产的水泥(133年]。它包含活性曹和碱性化合物的痕迹,因此高度可以作为有效的土壤稳定剂。然而,CKD的性质很大程度上取决于工厂不同,水泥窑类型和原材料用于水泥生产的特点(12,134年,135年]。生产估计每年约3000万吨,全球各地,其中80%造成环境威胁和不安全处理(97年]。许多研究人员建议其作为潜在的粘质土壤稳定剂使用。(CKD)火山灰+ 20%稳定剂组合将产生显著改善力学性能(136年)和CBR值明显增加(80%以上);因此,Yu et al。91年发现它适合经济建设的施工单位和小规模的道路。

最后的稳定效果,水泥和石灰的交互效果比石灰或水泥单独治疗更有效(116年]。π减少60%,P_年代下降82%时,水泥石灰(5% + 3%)混合用于修改中等膨胀土中提取的深度(71年]。的P_年代值记录从249 kPa未经处理的土壤减少到45 kPa水泥石灰(5% + 3%)混合。他们的联合影响岩土性质也简洁地总结在表5。

最近,发现回收旧水泥可以通过燃烧产生了OPC贴在高温450°C (rc - 450),这将降低有限公司₂排放94%,达到一个等价的OPC的力量。很明显从SEM表面形态研究有限公司₂减少(1)形成钙carboaluminate和(2)C-S-H凝胶含有方解石,既体现在人物的SEM显微图吗9(一)和9(b)和EDX分析的数据9(c)和9分别(d)。之间的情节能源横坐标和纵坐标计数,只有方解石的山峰,二氧化硅,氧化铝,几乎没有其他的痕迹显示有问题的粘土矿物(94年,144年]。数据9(一)和9(b)也显示出氢氧钙石和钙矾石的形成honey-combed结构OPC的显微照片转换成一个密集的结构与新成立的carboaluminate 4μm放大级别。因此说,rc - 450(1)在碳酸钙含量丰富,(2)有密集排列的纳米颗粒,(3)没有氢氧钙石的内容。Kolias et al。99年划定,雪硅钙石的形成导致密度稳定土壤结构。

热重分析(TGA)措施改变质量的材料温度或时间的函数,能够量化相成分钙矾石,氢氧钙石,钙铝黄长石和方解石(145年]。TGA结果图9(e)显示有限公司₂固定(即应对全球变暖的挑战[146年])的rc - 450很低(75%),与高价值的OPC(87%)在相同的温度下。减少体重的趋势与温度从而信号较低的公司₂固定值rc - 450。这显示了显著影响再生水泥的温度升高土壤膨胀性粘土的微观结构。水泥被证明是更有效的控制膨胀潜力,而且很明显,水泥和石灰稳定土的机理遵循类似的模式,收益率相同的结果。

5.3。粉煤灰的主要作用和交互与石灰和水泥

粉煤灰(FA)控制在膨胀土膨胀潜力(24,137年)和基于源分为几种类型的提取和火山灰的本质行为。非结晶的FA ASTM分类成类N,类F和C类(71年),代表是NFA、FFA和CFA,分别。FA所固有的一个优势是其火山灰性质。获得CFA当亚烟煤燃烧在植物,而发电(129年]。这种形式的CFA被视为与高钙粉煤灰添加剂(HCFA)与其他催化绑定和富含矽的废弃物开发新冷混合沥青粘结剂和乳液混合物在路面设计与实践147年]。仅在印度,在2005年,据Dahale [97年FA的总产量达到75吨/年,其中92%会在与他的结果等。129年)的西方国家,说明FA生产总额的70%的有效利用。表中3凯特报道,英足总与曹约等于49%96年]。从表中可以观察到所有FA类型有石英+铝+氧化铁含量超过80%,因此定义为“火山灰”,根据ASTM (148年]。

粉煤灰地质聚合物,即。,a cementitious additive capable of reacting with H₂O在碱性催化剂的存在96年]。之前激活的稳定使用不同的催化剂(如氢氧化钠、Na₂所以₄和K₂所以₄对于他们的表现是必要的。为了提高环境pH值,一般1%曹纳入工业废物对初始的化学反应。胶结本质缺乏因为FA的曹含量小于10%尽管艾尔₂O₃和SiO₂内容一般高。因此,石灰、水泥或矿渣微粉是将提高火山灰FA的行为(149年]。

ASTM类型的FA, CFA证明显著改善膨胀系数。这导致渗透率下降,π,FS,P_年代软粘土的12,95年,150年]。膨胀粘土胶结的稳定与石灰,lime-FA, OPC与形成相关联,设置,和共生的凝胶状的反应产物(如水晶、含水钙硅酸盐和铝酸盐类)。图10突出了四种类型的火山灰颗粒的特征。环境扫描电子显微镜(整体)是一种先进的扫描电镜151年]。这是显示在图10火山灰火山灰(T)能够吸收大量的水与凝灰岩火山灰(A)展示圆的和粗糙表面目击者较低的水吸收,由于矿物的形状,大小和方向。后续增加生硬的火山灰K(锐边,像谷物,更甚至,密集结构表面)和P(锋利的,像谷物、glassy-like和更甚至和密集的表面)(数据10 (c)和10 (d)分别)也导致渗水的减少121年]。

此外,标本的间接抗拉强度与足总可以计算稳定,这有利于土壤受交通荷载、温度微分,和/或不均匀沉降,和一个方程的基础上,采用相关(FA治疗25%)确定了巴西抗拉强度(BTS),使用无侧限抗压强度(UCS)值,方程(8)[152年]。我对于一个给定的值,π可以直接评估在方程(使用相关建议9),可以进一步从导出方程被用来决定BTS (10后),原始方程由过去的研究人员:

主要的FA简要讨论和互动的影响。根据Kommu et al。153年艾滋病),英足总在增加OMC而减少占MDD的沙子,它充当填充材料改善压实特性由于毛细管桥。同时,通过保持FA内容不变和增加沙子的数量,结果使倒转。强度特性评价而言,UCS值达到最高的10% FA和膨胀土砂8%样本,这是归因于C-S-H凝胶和尾阶段形成,因为FA水合作用,从而显著提高粘土颗粒之间的凝聚力。

CFA已经使用石膏与水泥和废弃物(97年),最大UCS达到28天(0.36 MPa到3.49 MPa)强度报告在56天下降了36%。在处理煤灰,可能(Cr)和铅铬(97年)浓度保持在限制(154年]。根据Kolias et al。99年),英足总增加雪硅钙石的形成,增强了实力,而进一步增加水泥提供了改进的设置和硬化。的混合cement-FA收益率对治疗早期和最终强度高的土壤。足协是最佳,不到50%。达到最高的UCS和抗剪强度值。然而,强度下降超过这个阈值。

5.4。矿渣微粉的主要效应和交互效应与石灰和水泥

地面粒状高炉矿渣(矿渣微粉)是一个著名的工业废料,帮助给有问题的土壤长期强度(155年,156年),有时,它也用作替代水泥由于其高胶结特性。与石灰、矿渣微粉更有效稳定土壤硫酸盐轴承。已经有很多了解的物理、机械和液压粘质土壤的行为稳定使用矿渣微粉和他们的激活与轻量级碱金属(轻量级alkali-activated矿渣微粉(LAS))。如表所示6,使用这个特殊的CSM的经历不是以肉眼可见的裂缝在硫酸钠溶液中浸泡4个月,从而产生更高的抗压强度(157年,158年]。也可以观察到C-S-H形成之前浸泡以防LAS-treated黏土的数量多于LPC-treated黏土,浸泡后,反之亦然。LAS-treated粘土更耐用和经验少的裂缝在硫酸钠溶液中浸泡了120天,在与LPC-treated粘土不耐用,见证更多的裂缝。

矿渣微粉的作用,仅结合FA和石灰,在影响土的工程特性是至关重要的工程师,医生,科学家。根据Sivapullaiah [159年),Ca的炉渣与一个更大的数量^{2 +}离子(如在矿渣微粉)比Na^{2 +}离子,如铜炉渣、倾向于更有效地减少膨胀潜力。它表明稳定器的适用性是高度依赖于它的化学成分。此外,沙玛和Sivapullaiah [95年和江等。160年]采用矿渣微粉为研究控制失控的肿胀,对膨胀土的影响主要发生在硫酸盐土壤在曹或水泥,结束这对路面稳定矿渣微粉是一种合适的材料,由于其高耐磨性。矿渣微粉的使用结合石灰和RHA(分别为20%,5%,和10%)是有效的,随着塑性大幅减少67%,强度增加了95%相比之下的处女地(98年]。此外,考虑到广泛的矿渣微粉的性质和FA的变化,例如,缺乏FA和曹过多的曹superadvantageous矿渣微粉使他们的“互动效应”,对膨胀土。钢渣使用近10%,MDD将崛起和UCS也增加了50%。然而,除此之外,强度损失报告速度慢得多。同时,减少70%的π是记录钢渣含量30%。此外,20%使用最佳的混合矿渣微粉和FA高塑性粘土稳定的1%石灰,测试结果表明减少我和π,而收缩限制,MDD, UCS, C-S-H凝胶产生显著增加。尽管水泥价格高企和/或不可用的石灰在一些地方,GGBS-FA混合粘结剂是具有成本效益和显著减少环境的负担161年]。

5.5。蔗渣灰的主效应和交互效应与石灰和水泥

蔗渣灰是一种浪费形式的农业副产品从甘蔗产业获得。果汁从甘蔗中提取形式类似纤维的质量称为“蔗渣。”When bagasse is burnt, an ash is produced in the form of fine residue, with coarse-grained structure and lowerG_年代价值比土壤,称为“蔗渣灰(95年]。”的BA is a serious issue and is usually dumped without any economic value. Being rich in SiO₂内容,它是用作火山灰材料因为氧化铝,二氧化硅,氧化钙超过70%。ASTM等材料定义类N或类F火山灰,而如果累积百分比超过50%,则归类为C类火山灰(149年]。此外,它已被证实与蔗渣灰对膨胀土浸出测试稳定,适用于稳定的公路地基梁由于其无毒害性质(162年,163年]。添加BA减少了π,膨胀,碱性土壤基质,阳离子交换价值,而增加了CaCO₃内容和总溶解固体(3]。

英航的改善机理是相同的水泥稳定所涉及的化学反应。土与石灰反应和英航导致絮凝和阳离子交换现象,是“短期的反应。”的n, the formation of C-S-H and C-A-H gels takes place, due to the pozzolanic reaction, giving “long-term strength” to the soils [164年,165年]。然而,强度增益和耐用性非常低BA单独使用时稳定的目的。然而,它有效地降低了π,FS,P_年代值(68年]。UCS高膨胀土,当处理0.5% BA + 6.25%石灰混合和治愈了三天,见证了近96%的大幅增加而当没有石灰处理完成。同样,同样的剂量水平稳定器的内容为28天治愈,强度增加的百分比为150%,反映出强度增益过程中固化的效果(166年]。MDD滴,OMC上升时(BA + 16%石灰污泥8%)混合合并在膨胀土(LL = 60%,π= 28%,P_年代= 128 kN / m²)[167年]。在图11,RHA从0到7.5%的增加表明UCS和逐渐增加后下降当进一步增加了12.5%。CDA的趋势几乎是SCBA相似。相比之下,遵循相同的模式,RHA经历大幅强度增加率和强度的损失。因此,可以得出结论,英航少是一个有效的稳定剂,其性能是高度提高石灰添加时,养护期是增加了28天。

5.6。其他环保稳定剂材料的效果

其他csm不能全面的程度被封闭在一个研究论文;然而,一些杰出的材料提出了在这一节中,例如,钙炭渣(CCR),花生壳灰(GSA)和污水污泥灰(SSA)。

乙炔燃烧时,钙炭渣(CCR)。它在本质上是有害的,但丰富的石灰138年)内容;因此,它可以用来修改膨胀土的性质(169年]。稳定与CCR达到更好的结果比石灰从经济和环境的角度170年]。Horpibulsuk分类CCR-stabilized土壤的强度发展分为三个区域,即区域活跃,惰性,恶化。只有前两个区域是有益的对力量的改善。在第一个区域(即。,CCR less than 7%), the natural pozzolanic material is sufficient for the pozzolanic reaction. Hence, the FA is not required to further improve the strength. But, in the inert zone (i.e., CCR between 7% and 11%), the strength gain is achieved by adding FA which helps in densification and speeding up the pozzolanic reaction [78年]。此外,Somna et al。171年]利用CCR-RHA混合和记录增加22%的UCS养护28天到180天。这些材料还用于产生高强度混凝土在施工。此外,英航和CCR混合相结合的稳定混合更多的韧性。在曼谷软粘土的稳定,火山灰反应加剧,英航的晶硅是溶解在碱性环境和反应与CCR [172年]。CCR治疗,8%没有英航内容和BA 36天治疗后,9%的变化UCS高达400% (173年]。

地面坚果种植大量的在世界的不同地区,每年大约有20000000公顷(174年]。GSA的使用,农业废弃物的一种形式,在废物管理是有用的。需要安全处理,以避免污染环境(93年]。增加GSA黑棉土(LL = 83.36%,π= 89.32%)显著提高压实和强度特征。然而,它不能被用作道路建设独立的稳定剂由于CBR的较小值稳定后(175年]。万卡特拉曼·莱马克里斯et al。176年]的结论从他研究粘性土的沉降行为使用平板载荷试验,GSA稳定提高极限承载力。GSA和水泥最佳含水量的增加177年]而略减少干密度以及土的弹性模量。(GSA + 0.1%水泥2%)混合可能被用来作为一个可行的替代在路面建设和稳定土负载是侵103年]。GSA的剂量水平从4%上升到6%,低塑性粘土和增长15%在7天记录UCS,低于标准要求稳定的基础材料(178年]。Behnood [12)枚举,8% GSA有助于缓解膨胀,有效地降低了π值。

SSA与FA的胶结自然有更高比例的Ca^{2 +}SSA(8%)比FA (3 - 5%)162年),作为一个有效的稳定剂。污水污泥与粉煤灰混合(CFA)的可用性可以降低重金属如铜、锌、和Cd的污泥(179年]。Behnood [12概述,SSA有效修改CL土壤的性质通过增加他们的UCS, CBR,凝聚力,和抗剪强度,同时减少肿胀和内摩擦角(180年]。标本,利用改进的3 - 7倍的UCS焚烧污泥灰(ISSA)和水泥。此外,肿胀行为降低了10 - 60%,和CBR值的改善(30倍181年]。8% SSA +石灰可以改变治疗广泛的从软弱路基土路基土在道路建设137年]。

6。讨论

进化到今天,稳定的评价膨胀土是有据可查的一系列不同哲学放下,在各种各样的CSM曾稳定膨胀土低到高范围。然而,一个重要的缺点与使用CSM的脆性增加;因此,几位稳定元素整合要解决这个问题173年]。两个著名的和传统的csm,石灰和水泥,见证改良土壤基质系统的脆性破坏。石灰稳定通常和广泛用于道路人行道。根据贝尔发现(117年和穆赫塔尔等。118年),最优比例的石灰(pH = 12.4)范围在4%和8%之间,这取决于土壤的土壤条件和类型。然而,如果使用超过6%,Tran et al。119年)强调,石灰处理可能经历显著减少抗压和抗剪强度(30%甚至更多),因为需求大量的水和更高的初始孔隙度。结果,未耗尽的熟石灰变得不起化学反应的强度增益过程(120年]。水泥提供了其他csm中强度最高,而石灰含有过量的游离氧化钙适合材料π> 10%,游离氧化钙与粘土颗粒反应降低可塑性。石灰水泥混合物通常是有限的稳定材料π< 10%。的力量实现取决于数量的稳定剂合并和材料处理的类型。然而,过度的水泥对路基性能可能是有害的,因为这可能形成semibrittle材料(13]。

XRD的结果和光谱仪的最佳含水率土壤透露的重要矿物变化在治疗。长期强度改善固化完成时,和力量增加治疗的低膨胀粘土(即4%的石灰。高岭石)相比是最高的最低强度高膨胀性粘土矿物的情况下(例如,太)。这是与氢氧化钙与氧化钙的替代石灰的早期阶段与土壤混合。根据Behnood [12),与石灰土稳定地区遭受严重风化不太有效(低石灰含量)因为石灰稳定的有益作用在减少土壤含水率的膨胀潜力减少了在这种情况下。然而,对于许多其他场景,膨胀土的石灰稳定仍被视为一种有效的方法来减少肿胀的潜力。根据Dafalla et al。104年),当层状粘土稳定使用石灰,π值更有效地减少土壤含有钙太或含钠的太比与高岭石粘土。然而,Al-Rawas [71年)认为,石灰改性可能不适合土壤与内容太超过40%,有8%的最佳石灰剂量水平。的概念解释,太百分比增加粘土分数,同时增加体积应变也陪同,描绘的膨胀性粘土矿物学性质的影响长期的化学稳定剂材料的特点。微观结构特征表明,π是显著增加8%石灰由于[50]C-S-H和C-A-H凝胶的形成117年在粘土,填补毛孔不连续结构(122年)和(2)钙硅比的增加。根据短跑和侯赛因(115年),这些研究是在良好的协议与膨胀土的显微结构观察行为。因此,石灰稳定SiO是可行的₂丰富的土壤,土壤有石膏,土壤含铁不同石灰的最佳比例,根据各自的成分的存在。然而,在如此₄丰富的土壤,不推荐使用石灰由于没有水合生石灰。因为在没有硫酸盐,土壤CEC很大程度上取决于其带负电荷的粒子(182年]。因此,可以推断,石灰稳定膨胀土主要是功能的现场施工环境的反应和粘土矿物类型。

水泥和石灰稳定,它常常被误解,稳定剂是相同的在产生结果C-S-H和C-A-H形成,但水泥被证明是一个相对更好的选择。一些常见的特征与水泥稳定简要讨论。水泥协助减少毒性水平从一定的浪费,例如,农业或工业废料,导致减少π和膨胀潜力。一般,10%水泥被认为是最佳治疗中长期高膨胀土,而改进广泛使用时不同的变化在2 - 10%之间因为不同的土壤类型、风化作用的影响,养护期。水泥不用于土壤与π高于30%。因此,石灰水泥混合之前通常是添加到土壤的可加工性。比石灰水泥更有效地减少肿胀。可以推断,(i)的速度减少FS和P_年代水泥是重要的2%。增加12%水泥导致制服和逐渐减少P_年代和相对不均匀但在FS逐渐减少。同时,水泥和石灰的修改机制或多或少的相似,因为C-S-H C-A-H凝胶的形成导致与未经处理的膨胀土颗粒胶结联系特别是含有机物质。(183年普遍增加的趋势是在UCS值较高的CKD内容随着土壤固化时间问题(可能时间增加强度)。因此,强度随养护。因此,进一步的研究需要更长的治疗时间和可能提高CKD的内容。CKD、火山灰和它们的混合有助于降低建筑成本的小型房屋和人行道,在强度和耐久性方面(171年]。提到很重要,混合5%的石灰和水泥将有效降低π60%和3%P_年代了82%。因此,水泥更有效控制膨胀潜力虽然背后的机制由水泥和石灰稳定土一般遵循类似的模式和结果。

粉煤灰是满足增加不到50% OMC,减少膨胀土的MDD,从而实现更高的UCS和抗剪强度值。但是一个成功的治疗需要一个碱催化剂由于固有的缺乏氧化钙在FA(少于10%)。据说1%石灰适合补偿,但OMC的增长率和MDD仍然重要。而修改对扩张能力,足总也证明提高膨胀土的强度,如添加10%。但一个优化剂量联合应用程序,例如,增加UCS同时减少扩张仍然需要进一步的调查导致引入多功能FAs。为此,修改FAs,如CFA, FA-sand-marble灰尘,和各种各样的类似材料合并减少π,FS,P_年代土壤作为在实践中可行的混合物,例如,在柔性路面强度和扩张都是重要的。

磨细高炉矿渣是另一个高度胶结,它也需要一个催化剂,通常与轻量级碱。矿渣微粉缺乏粘结剂导致更多的曹的存在与石灰由于少胶结自然曹内容。因此,矿渣微粉和石灰都一起使用,并证实20%的矿渣微粉和1%的石灰将有效地减少我和π,增加MDD, UCS, C-S-H形成。地面氧气顶吹转炉炉渣(GBOFS)执行优于矿渣微粉。在一项由Goodarzi和Salimi [109年),10% GBOFS足以消除土壤中分散,而更大比例的矿渣微粉(即。,20 - 25%)需要实现相同的影响。这是由于较低的活动(结晶性质)的矿渣微粉与GBOFS。相关的缺点之一是,最终改善工程性质仍需要更高的百分比(15 - 20%)GBOFS连同增加的固化时间12]。

由于其非危险的性质和道路地基的适用性,蔗渣灰单独用于稳定土影响耐久性。英航的改善机理类似于与水泥稳定。为了更好的结果,应该添加到英航石灰。可以看出0.6%英航和6.25%石灰固化后将增加强度96%三天,表明治疗中起着重要作用。表明BA是不太有效的稳定剂,其性能是高度改善与养护增加当石灰添加到它。

7所示。结论和建议

本研究综述了趋势稳定的低到高膨胀土与总部材料(csm)。有效地证明了csm的影响工程,岩土工程,用于土壤稳定膨胀土的微观结构特性评估。此外,最近的研究强调使用更环保和非传统稳定材料和技术也进行了讨论。的讨论在这项研究中,主要的结论和结果表示如下:(1)膨胀土的微观结构是一个关键参数在评价胀缩性能、抗压强度行为,各土壤稳定和环境潜在项目。一个成功的和可靠的稳定剂的选择应根据他们的后续对微观结构的影响。(2)以及微观结构影响,水合作用和火山灰反应的聚合过程和胶结发挥重要作用在土壤固化所需的时间和条件。与选定的CSM土壤稳定之前,实际应用的最佳剂量和方法在主机土壤应该为特征。(3)依照过去的文学,表5创建知识的各种膨胀土在全球范围内使用不同的CSM以量化的主要类型和交互影响的稳定剂适用于主机土壤而言,最佳CSM剂量,和相关的改进的属性。(4)尽管水泥广泛使用CSM,考虑到费用和公司的挑战₂排放和治疗相关的毒性水平土壤,石灰与其他火山灰(FA、BA、矿渣微粉,CCR, GSA,他们的实际效率和SSA)是稳定膨胀土更有利的选择。

此外,本研究确定了未来研究需要包括能源角度对当地可持续建设和发展中一个令人满意的协议解释稳定机制。寻找选择环境友好型生物材料和大量的浪费材料仍在调查和需要保持全球可持续性标准。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

关键项目的中国国家自然科学基金(批准号41630633)是承认金融支持。作者想感谢水长沈教授他的动机在写这篇手稿,同上。Aminul Haque同上。Farjad伊克巴尔的宝贵意见敲定这个评论文章。作者也要感谢尊敬裁判提供有见地的建议来改善这个手稿。