文摘

使用废物粉煤灰的有效性(FA)和水泥(OPC)路基土壤和稳定的原因可能影响稳定的程度。将废物粉煤灰(FA)和水泥(OPC)作为添加剂会导致显著的环境和经济贡献土壤稳定。本研究包括实验室测试来获得阿太堡限制,自由膨胀指数(FSI)的无侧限抗压强度(UCS),加州承载比(CBR)和扫描电子显微镜(SEM)。路基土的测试结果说明,阿太堡限制,塑性指数和自由膨胀指数随添加不同比例的粉煤灰和水泥,即。0%,5%,10%,15%,20%,0%,2%,4%,6%,和8%,分别。未经处理的土壤的CBR值是2.91%,而最好的CBR值粉煤灰和水泥的混合物处理土壤FA + 8% OPC(20%), 10.12%从初始值增加71.34%。UCS的未经处理的土壤是86.88 kPa和治疗与粉煤灰和水泥达到最大值167.75 kPa FA + 8% OPC(20%),即从初始值,增加了48.20%。测试结果表明,路基土壤的稳定性可以通过添加粉煤灰和水泥提高。而浪费FA的有效性和可用性和水泥具有成本效益和环保的替代膨胀土路面和其他未来的基础工作。

1。介绍

加强新兴趋势利用废弃物在土壤或土壤稳定是现在世界各地的运营。这个趋势背后的主要原因是粉煤灰的大量生产,塑料、稻壳、和其他废弃物,不仅有害而且还会导致沉积问题。使用这些废弃物在建筑工作将极大减少这个问题。例如,土壤稳定技术旨在提高或维持土壤稳定性和化学变化,以改善其工程性质(1- - - - - -4]。500多年前,稳定的概念是(2,5]。在古埃及、希腊和罗马,对待地球的道路被用于土壤石灰混合物(5,6]。稳定可以处理各种各样的路基材料、膨胀性粘土颗粒物质。这允许建立设计先例和确定合适的化学添加剂和掺合料率达到所需的工程性能。在20世纪初,在1930年代,在欧洲公路建设铺满固化土(7]。稳定过程的优点包括更高的阻力值,可塑性降低,渗透率降低,减少路面厚度和减少挖掘材料的运输或处理。稳定路基土壤的混合控制土壤容积中可能出现的变化和改善土壤强度(8]。

土壤通常较弱,在重负荷不够稳定。本文旨在研究在土壤的稳定使用粉煤灰水泥激活。几种加固方法可以用来稳定路基材料。这些方法包括化学添加剂稳定、土地置换、压实控制,再湿润,湿度、附加费和热过程9]。这些技术可能的缺点不足性能和高成本。基于文学、粉煤灰和水泥低成本而有效的土壤稳定(9,10]。一般来说,路面是一种相对稳定的壳建立在自然土壤支持和分发轮载荷和提供一个良好的磨损过程(11]。这些人行道在更短的时间内由于土壤特性的变化和定期轮负载的应用,从而导致不可持续的解决方案。水分的变化,进一步冻结行动,上升,或减少水分的粘土导致路面的进一步解体,导致高成本维修操作(11]。此外,使用稳定剂在路上和路基土壤条件较差的工作加强其他特征,比如凝聚力,有助于提高结构或堤防。最终,这将导致明显降低公路养护成本的(4,11]。不同掺合料的稳定可以提高土的强度。我们的目标是致力于粉煤灰和水泥外加剂。

粉煤灰是燃煤热电厂的残留物,这被认为是世界上有问题的固体废物。传统的足总处理技术导致退化和污染的耕地12,13]。足总由一个非晶ferroalumino硅酸盐土壤矩阵非常相似。足协的元素组成(有毒元素)与不同类型和来源(使用的煤14- - - - - -16]。据估计,世界上煤灰的年产量约为6亿吨,其中粉煤灰占75 - 80%的总灰分,约5亿吨(17,18]。粉煤灰可视为世界上第五大原材料储备(19]。因此,煤的体积浪费(粉煤灰)所产生的全球产业和火力发电厂正在上升。大量的粉煤灰的处理已成为一个主要的环境问题(17]。包含FA的土壤可以提高物理化学性质以及土壤营养特性,和修改的程度取决于土壤FA属性(16]。估计有6898 MW每年产生520万吨粉煤灰在巴基斯坦。因为高成本的处理和环境保护、FA建设和农业部门的使用可能是一个可行的选择(20.]。在巴基斯坦,持续的直径岜沙大坝和21兆瓦Tangir水电项目将利用普通硅酸盐水泥混凝土结合粉煤灰和其他添加剂21,22]。前沿工程组织说,“这对大坝和降低热负荷减少热裂解的机会,”据中国日报的新闻。中国支持项目计划在2028年完成(21]。此外,膨胀土的工程性质,如压实强度、渗透系数、膨胀潜力,自由膨胀指数(FSI),和可塑性精确测定(0)5、10 15,和20%,为了研究粉煤灰的有效性。降低可塑性方面,水力传导率,FSI从发现由于整体最大的干容重的上升(23]。

然而,水泥是最古老的粘合剂,因为土壤稳定技术的出现在1960年代。它可以被认为是一个重要的稳定器或液压粘合剂,因为它可以用在自己的实现所需的稳定作用[24,25]。水泥的反应是独立的土壤矿物,主要功能是对土壤水可能出现在一些。几乎水泥稳定减少凝聚力(可塑性),体积膨胀或压缩,增加强度。与此同时,粉煤灰与石灰和水泥相比,几乎没有胶结性质。因此,在少量的催化剂的存在,可能发生化学反应形成胶结的化合物,这有助于提高路基土的强度(24,26]。此外,许多研究人员(5,27- - - - - -32)进行了很多研究的石灰、粉煤灰和水泥,水泥、石灰粉煤灰、大理石粉、石灰稻壳,他们作为道路和底基层的适用性。自那以后,世界各地的许多努力已经确认膨胀路基土在公路领域的治疗机制进行适当的路面设计和施工(33- - - - - -35]。

本文的主要贡献的影响粉煤灰和水泥稳定的路基土壤。此外,稳定工作比以前更经济,并利用巨大的浪费原料粉煤灰非常重要,特征调查研究中包括界限含水量、自由膨胀指数,最佳含水量(OMC),最大干密度(MDD), UCS, CBR和SEM分析。在实验室通过实验,得到了不同的结果的测试。这些结果推断强度参数增加,阿太堡限制减少。最后,探讨了路基土壤稳定他们的贡献,提出了稳定材料的可能用途。论文的结构如下。节2介绍了原材料、方法和实验室流程。节3,结果和讨论。节4,其综合性能评估和结束语。

2。材料和方法

在这项研究中使用的主要材料是土壤、粉煤灰硅酸盐水泥。本节描述这些材料的属性。

2.1。土壤

在这个调查,路基土壤样本收集的国家高速公路收费广场在海得拉巴,巴基斯坦,得到从深度为0.5到1米从地面,和刚刚含水率5.28%,无关紧要的考虑。按照规范,土壤被列为A-2-4。这个路基土灰色的颜色。地理坐标,25°22所示 12.40 13 N纬度、68° 1.32 E经度如图1。此外,根据规范,进行了大量的测试来确定土样的工程性质。结果证明在部分3。


图1
测试站点的地理位置。
2.2。粉煤灰

f级粉煤灰取自Jamshoro,巴基斯坦信德省。这是风干和粉。粉煤灰是一种浪费(副产品)Jamshoro煤炭发电厂。粉煤灰本身有微小的胶结特性相比,水泥和石灰。因此,在少量的催化剂的存在,会发生化学反应,形成胶结材料有利于提高地基土的强度和性能。粉煤灰的化学成分见表1。

表1
粉煤灰的化学成分和OPC。
2.3。水泥

普通硅酸盐水泥通常用于本研究从本地可用水泥市场。OPC的必不可少的成分如表所示1。

2.4。方法

粉煤灰作为掺合料和水泥添加剂混合路基土壤的稳定。在这项研究中,不同比例的粉煤灰和水泥应尝试直到达到所需的强度。一个合理的准则是,首先,使用水泥粉煤灰5%和2%。然后,添加适当的增加百分比进行各种试验。在最初的试验中,催化剂的比例(水泥含量)应用于每个应该是水泥和粉煤灰的两部分的一部分,但它可以是不同的根据经验和文献综述(6,23,35,36]。执行一些虚拟的测试后,我们继续对我们最初的样品。看起来在开始乏味,因为技术在实验工作不足,但虚拟测试帮助我们理解所有测试的程序。用于本研究的方法将样本分为两个部分:土壤在自然阶段和第二粉煤灰和水泥混合。初始土壤图进行样品测试2。之后,他们与飞灰水泥混合机械(物理混合)。粉煤灰和水泥用于本研究收集到的位置在海德拉巴。率为0%,5%,10%,15%,和20%的粉煤灰和0%,2%,4%,6%,和8%水泥的重量。与提到的比例混合后,进行了测试,如图2。最后,比较了土壤自然状态和土壤之间的混合比例。


图2
路基土壤测试,没有添加剂。
2.5。实验室的实验
2.5.1。液限(根据AASHTO t - 90)

液限是视为含水量。精确的标准会25号吹了仪器,它使用一个指定数量的开槽工具关闭样品标准尺寸的凹槽。流动曲线表示在半对数的情节在对数刻度。含水量等于25中风是解码的曲线和校准到最近的整数作为土的液限。

2.5.2。塑性极限(根据AASHTO t - 91)

PL的细粒度的土壤是土壤的含水量滚进线程的最小直径3毫米,这是表示作为一个整体提取量的均值PL含水率。

2.5.3。修改学监测试(根据AASHTO T99)

修改后的普罗克特压实测试是用来评估的最大干密度和最优含水率路基土壤。

2.5.4。自由膨胀指数(根据- 2720)

自由膨胀指数被定义为体积的增加引起的外部障碍当土壤被淹没在水里。

2.5.5。CBR试验(根据AASHTO t - 193)

CBR单位面积上的力的比例需要穿透土壤与一个标准的圆形活塞式1.25毫米/分钟的速度所需的相应的力量渗透的标准物质。通常,2.5和5毫米之间的渗透是单独考虑,比在5毫米比在2.5毫米,更离谱,比使用5毫米。

2.5.6。UCS测试(根据AASHTO t - 208 - 90)

UCS ( )是一个圆柱形的单位面积上的负载需要样品的粘性土压缩。

3所示。结果与讨论

实验进行了自然土壤样本评估各种属性。测试结果见表2。

表2
路基土的性质。

如表所示2,昂贵的路基土的主索引属性没有掺合料。这些比较的示意图描述与外加剂在未来部分分别讨论了。

3.1。粉煤灰和水泥对路基土的工程性质

进行了实验室实验,发现界限含水量,通过它我们能够获得液限(LL)和塑性极限(PL)。通过这两个极限,最后得到了塑性指数(PI)。粉煤灰和水泥与路基土壤被广泛研究与各种指定的百分比在早期的部分2,结果如表所示3。

表3
路基土的界限含水量增加粉煤灰和水泥。

表3表明,粉煤灰和水泥的膨胀的补充路基土壤、塑性极限和混合物的液限先增加后减少,从而为脆性和硬土铺平了道路。图3说明了我的变化和PL。它从先前的结果,可以看到塑性极限价值的增加和减少最终将导致塑性指数的下降。塑性指数价值进一步降低路基土壤添加粉煤灰和水泥,表明压缩。


图3
粉煤灰和水泥对PL,噢,π。
3.2。粉煤灰和水泥对自由膨胀的影响指数(FSI)

自由膨胀指数的变化不同百分比的路基土壤、粉煤灰和水泥混合表所示。因此,我们可以说,粉煤灰和水泥的加入降低了FSI值,这意味着减少的程度的豪爽混合的混合物。这项研究的结果发表在表4和图4。

表4
影响粉煤灰和水泥FSI价值。

图4
自由膨胀指数粉煤灰和水泥混合。

自由土壤指数表示如下(37]:

在哪里 和 土样的体积是读取量筒充满蒸馏水和煤油,分别。

3.3。粉煤灰和水泥对压实的影响值

增加土壤密度的压实方法使用机械工具去除土壤颗粒之间的孔隙和液体。标准普罗克特压实测试在实验室进行确定最佳含水量(OMC)土的最大干密度(MDD)。结果见图5和表5。


图5
最大干密度和最佳含水量的水泥和粉煤灰混合。
表5
压实试验的结果。

干密度值差异图所示5。推断,含水量影响土壤的密度。随着水的比例增加,压实密度趋于减少,直到达到最大干密度,限制水的进一步包含降低密度。在添加粉煤灰和水泥,水含量稍有增加,这自然减少最优含水量,增加了MDD。,我们可以得出结论,他们的最大干密度是2.41除了FA 20%,水泥8%(8.46%水)。

3.4。粉煤灰和水泥对加州承载比的影响

加州承载比(CBR)每AASHTO代码进行了测试。模具是一个标准的CBR假领。测试样品准备在进行修改的学监的最佳含水量和最大干密度。在测试前,土壤添加剂混合物被压缩在最佳含水量和浸泡在水4天过载条件下的5.72公斤的重量。结果绘制在图6。


图6
加州承载比粉煤灰和水泥的混合物。

图6揭示了最初的路基土的CBR值是2.9。用粉煤灰和水泥的包容,值进一步改善。最优的比例混合粉煤灰20%,水泥8%给CBR值10.12,路基土的最佳结果。此外,通过执行仿真测试中,混合物补充的增加将导致CBR值从一个虚拟测试的减少,这表明路基强度的降低。

3.5。影响粉煤灰和水泥在无侧限抗压强度

无侧限抗压强度试验,称为单轴压缩试验、三轴试验是一个特例。在三轴试验、无侧限压力为零。无侧限压缩试验的应用(UCS)是快速评估或评价土的无侧限抗压强度足够的凝聚力来检查无侧限状态。与粉煤灰和水泥混合物,路基土的无侧限抗压强度是安排在桌子上6。这表明UCS值不同于粉煤灰和水泥的百分比的增加用于计算抗剪强度。

表6
添加水泥和粉煤灰的效应在UCS价值。

图中所示的图7说明了不同的抗压强度达到1天,7天,14天的路基土壤不同粉煤灰和水泥比例。治疗后显著增加土壤强度与自然土壤比较,如图7。结果表明,原状土的无侧限抗压强度是86.88 kPa经过一天的治疗。此外,值是改进的添加剂。14日测试结果不同于天,7天测试,证明抗压强度提高粉煤灰和水泥的包容。抗压强度的变化到某一特定数量的不同外加剂必须填补毛孔土壤一旦毛孔里,和土壤变得密实。进一步扩张可能会失去土壤强度。水泥水化反应产生的火山灰胶结材料提高了土壤颗粒的粘结强度(36]。火山灰胶结材料的数量增加和变硬,养护时间的延长,土壤的抗压强度显著增强处理。此外,最大UCS值推断水泥粉煤灰20%和8%。


图7
比较土壤样本的无侧限抗压强度,而且没有、粉煤灰和水泥混合物。
3.6。粉煤灰和水泥对扫描电子显微镜(SEM)测试

得到了不同尺度的显微图阐明组织的评估。20的规模,10μm是如图8和9自然土壤和治疗。图9表明,明显对土壤颗粒的形状变得粗由于粉煤灰和水泥粘结剂的粘结的影响,这个粘合剂,将细土颗粒,形成更广泛的显微照片和更大的集群。


图8
扫描电镜图像的自然土壤。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图9
扫描电镜的照片处理土壤含有不同比例的粉煤灰和水泥混合物。

数据9(一个)和9 (b)显示的更紧密的SEM图像处理土壤。与未经处理的土壤图形象8,可以发现新化合物在处理样品的微观结构(a)和(b)。它表明粉煤灰和水泥的胶结形成的产品。

数据9 (c)和9 (d)显示土壤显微照片与保税混合水泥粉煤灰15%和6%。在这幅图中,起伏的片状粒子可以观察到。然而,混合土的显微图所示图像(c)表明,混合土的微观结构更加致密,比未经处理的土壤压实,相干图所示8。这证实了有粘结性的产品的开发,关注改善岩土性质对土壤的调查。形象图9 (d)结构显示它。结果表明,土壤孔隙较少和高度密集的治疗。

4所示。结论

这项研究强调了稳定的问题与水泥和粉煤灰路基土壤调查,和稳定的影响特点和路基土的岩土工程性质进行了研究。根据实验结果,可以得出以下结论:(1)塑性极限,路基土的液限、塑性指数增加,然后降低FA和水泥含量。与此同时,土壤的膨胀潜力也会降低粉煤灰和水泥的包容。肿胀的特点,即自由膨胀指数,从41%下降到12%,低于初始值的70.73%(2)用粉煤灰和水泥的扩张内容,最佳含水量减少,最大的干散货密度增加。压实曲线向左飘起来,作为最优含水率降低,最大的干容重增加,粉煤灰和水泥含量的增加。添加粉煤灰和水泥可以比得上改进的压实效果。因此,路基土壤变得更稳定(3)用粉煤灰和水泥含量的增加,土壤的CBR值增加。未经处理的土壤的CBR值只有2.9;然而,添加粉煤灰和水泥、CBR值进一步增加。最优比例的混合物(水泥粉煤灰20% + 8%)给出了CBR值10.12,路基土的最佳结果(4)无侧限抗压强度显著增加观察( )处理的土壤。UCS增加而稳定的增加粉煤灰和水泥粘结剂的比例和年龄的扩张。UCS未经处理的土壤是86.88 kPa,此前一天养护期。然而,167.75 kPa的最大UCS,即。,20.% FA+8% cement, increases to the initial value by 48.20%.(5)结果表明,处理土壤样品的微观结构变化后显著增加不同数量的粉煤灰和水泥通过显微图像的理解。首先,似乎自然土壤的粒径较大的孔隙比土壤处理。添加剂后,水泥凝胶与粉煤灰和水泥的结构观察,覆盖和土壤颗粒相互约束。一个连贯的和压实土结构实现,因为减少对土壤的体积

根据综合分析的结果,可以得出结论,废物(副产品)粉煤灰和水泥等可以有效地用于土木工程建筑。简洁,由于大量的粉煤灰在巴基斯坦和世界其他国家,这将是有益的利用大量的粉煤灰。同时,使用固化土的方法去除去除有害物质的双重优势的环境,与此同时,廉价的建筑材料的使用为基础和道路网络。

数据可用性

本研究中所有生成的数据或分析包括在发表的这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者承认和欣赏的迈赫兰海军工程大学提供的技术支持和技术,Jamshoro,巴基斯坦信德省。这项研究得到了“中国国家自然科学基金(71942006)”和“大数据驱动结构灾害预测和维护在水下隧道危险地质地区批准号51991395)”。