宁波海螺水泥有限公司

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移间的变化规律及高铁酸钾预处理对黏聚力 c 和内 摩擦角  的影响。

由于在 50kPa 垂直压力下，素土就从剪切盒中

挤出发生破坏，因而本文仅对水泥固化淤泥和改性 水泥固化淤泥进行了直剪试验。图 3 分别为水泥固 化 淤 泥 和 改 性 水 泥 固 化 淤 泥 在 50kPa 、 100kPa 、 150kPa 和 200kPa 四级不同的垂直压力下的剪应力 -

剪位移关系曲线。水泥固化淤泥和改性水泥固化淤 泥的变形破坏特征大致可以分为 4 个阶段，分别为

线性阶段、塑性变形阶段、软化阶段和残余阶段， 存在明显的峰值强度和残余强度。相比于水泥固化 淤泥，改性水泥固化淤泥峰值强度有所提高，且出 现峰值强度时，所对应的的剪位移减小了 1.5mm 左

右。这说明经高铁酸钾预处理后，水泥固化淤泥的 强度和刚度均得到提高。

(a) 50kPa 下不同类型土剪应力 - 剪位移关系曲线                  (b) 100kPa 下不同类型土剪应力 - 剪位移关系曲线

(c) 150kPa 下不同类型土剪应力 - 剪位移关系曲线                   (d) 200kPa 下不同类型土剪应力 - 剪位移关系曲线

图 3 不同类型土的剪应力 - 剪位移关系曲线

Fig.3 Shear stress-shear displacement curve of different types of soils

表 2 不同类型土 c 、  值

Table.2 Cohesion and internal friction angle

of different types of soils

土样类型            黏聚力

c (kPa)

内摩擦角

 (°)

图 4 不同类 型 土抗 剪强度 曲线

Fig.4 Shear strength curve of different types of soils

水泥固化淤泥              32.85                19.84 改性水泥固化淤泥            38.81                19.78

由图 4 和表 2 可知，经高铁酸钾预处理后，水 泥 固 化 淤 泥 的 黏 聚 力 可 由 32.85kPa 增 长 到 38.81kPa ，提高了 18.1% ，而内摩擦角基本保持不

变。这说明，高铁酸钾的掺入，主要提高了土颗粒 间的静电力、胶结作用等，而对土颗粒间的摩擦作 用影响较小。

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4    讨    论

王臻华 等    高铁酸钾预处理对水泥固化淤泥强度的影响

黏聚力和土颗粒间的摩擦力是构成土体强度的 两种主要的力的存在形式。黏聚力取决于土颗粒间 静电力、范德华力及胶结物质的胶结作用，而摩擦

为进一步解释高铁酸钾预处理对水泥固化淤泥 的强度影响，利用扫描电子显微镜对水泥固化淤泥 和改性水泥固化淤泥的微观形貌进行观察，以直观 了解高铁酸钾预处理对水泥固化淤泥孔隙结构、物 质组成等的变化。

力取决于土颗粒表面的粗糙程度和交错排列的咬合

情况 [16] 。将水泥、高铁酸钾作为固化材料掺入淤泥，

并与之发生一系列的物理化学反应，从而改变淤泥 的物质成分和孔隙结构等。高铁酸钾预处理可明显 改变水泥固化淤泥中颗粒结构，颗粒间静电引力增 强，在宏观上表现为黏聚力的增大；由于水泥固化 淤泥和改性水泥固化淤泥均有水泥水化产物生成， 填充了孔隙，增大了颗粒之间的接触咬合作用，因 而内摩擦角变化并不明显。

(a) 水泥固化淤泥

(b) 改性水泥固化淤泥

图 5 水泥固化淤泥 SEM 图像 ( × 2000)

Fig.5 SE宁波海螺水泥厂家什么价格325425525水泥哪里有M images of different types of soils (×2000)

图 5 为水泥固化淤泥和改性水泥固化淤泥在放 大 2000 倍条件下的 SEM 图像。水泥固化淤泥中颗 粒多以角 - 边和边 - 面形式接触，孔隙发育，可见颗 粒间存在纤维状的水泥水化产物 CSH ，其中面 - 面

叠聚体中片层的间距较大；改性水泥固化淤泥颗粒 多以边 - 面和面面形式接触，结构致密，孔隙相对较 少，可见颗粒间存在短棒状水泥水化产物，其中面 -

面叠聚体中片层的间距较小。

图 6 改性水泥固化淤泥的固化过程概念模型 Fig.6 Conceptual model of curing process of

modified cement-stabilized sludge

图 6 为 改 性 水 泥 固 化 淤泥 的 固 化 过 程 概 念 模

型，分析可知，掺入高铁酸钾预处理后，淤泥中的 结合态和游离态的有机物被氧化分解，羧基和酚羟 基等官能团被破坏，酸性降低，消除了有机质在水

泥水化反应过程中与 Ca 2+ 、 Al 3+ 离子的络合作用 [17] 。

同 时 ， 高 铁 酸 钾 被 有 机 质 还 原 ， Fe(VI) 转 化 为

Fe(III) ，高价阳离子 Fe 3+ 与黏土颗粒表面结合的低 价阳离子 Na + 和 K + 进行交换吸附，置换出 Na + 和 K + ，

一定程度上了减薄扩散层厚度，引起土颗粒的自身 絮凝。

当掺入水泥后，水化反应和火山灰反应生成的

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长江科学院院报

水化胶凝产物，增强了土颗粒间的胶结作用，颗粒 间的距离缩小，团粒化程度提高，从而表现为黏聚 力的增大。同时，纤维状、短棒状水化产物填充在 孔隙中或附着于土颗粒表面，约束了土颗粒间的相 对移动，咬合作用增强，从而表现为内摩擦角的增 大。

图 17 峰 值 沉 降 时 刻 加 载 中 心 点 沉 降 随 深 度 变 化 曲 线

Fig.17 Settlement-depth curve at loading center when maximum settlement happens

4. 结 论宁波海螺水泥厂家什么价格325425525水泥哪里有

本论文旨在探索冲击荷载作用下 含初始裂缝的 水泥混凝土面板的动态响应特性。为确保数值模拟 的有效性， 首先通过将数值模拟和两个经典的物理试验进行比对，确定出了可靠的水泥混凝土参数。 在此基础上研究了不同初始裂缝长度和位置 的水泥混凝土面板 终扩散的裂缝长度、荷载作用中心点 的沉降 以及沉降的分布特征。 得到的主要 结论为：

（ 1 ）冲击荷 载作用下 水泥混凝土路面的沉降时程曲线与冲击荷载作用曲线类似，先快速到达峰

值，然后再回弹到一个稳定值。水泥混凝土路面的 沉降主要源于底基层石灰土 和黄土的变形。水泥混 凝土面板的沉降 随与冲击荷载作用中心距离的增大 而减小，随深度的增加亦呈递减趋势 。 （ 2 ） 初 始 裂 缝 长 度 的 不 同 主 要 影 响 的 是 面 层 以 下 约 5 倍 水 泥 混 凝 土 面 层 厚 度 范 围 内 石 灰 土 和 黄 土

的压缩变形 。随初始裂缝长度的增大，水泥 混凝土路面的破坏程度会逐渐增大 。当裂缝长度与面层厚 度的比超过某一值时，水泥 混凝土路面会产生贯穿性的裂缝。

（ 3 ）水泥混 凝土路面 终扩展的裂缝长度和沉降均随初始裂缝与荷载作用中心距离的增加而减 小 。 初 始 裂 缝 长 度 和 位 置 的 不 同 主 要 影 响 荷 载 作 用 中 心 1m 范 围 内 水 泥 混 凝 土 面 板 的 沉 降 。

5    结    论

本文在小龄期 (7) 条件下，开展了无侧限抗压试

验和直剪试验，研究高铁酸钾对水泥固化淤泥强度 的影响，并从黏聚力和摩擦力两个角度分析讨论了 高铁酸钾和水泥在固化淤泥过程中的作用机理。得 出如下结论：

(1) 在低水泥掺量范围内 ( 非反应区 ) ，随着水泥

掺量的增加，水泥固化淤泥无侧限和抗压强度增长 缓 慢 ； 在 高 水 泥 掺 量 范围内 ( 反 应 区 ) ， 随 着 水 泥 掺

量的增加，水泥固化淤泥强度呈线性增长。非反应 区与反应区的界限水泥掺量为 9% 。

(2) 将 界 限 水 泥 掺 量 称 为 工 程 低 水 泥 掺 量

a c 0 =9% ，并以此为基准水泥掺量掺入淤泥进行固化

本试验采用山东能源临沂矿业集团的会宝岭铁矿的全尾砂，其化学组成见表 3 。根据《土 工试验规程》（ SL237-1999 ）、《土工试验方法标准》（ GBT 50123-1999 ）测定尾砂的比重、 密度、孔隙率以及粒级组成，得到尾砂的粒级组成如表 4 所示，尾砂的物理特性如表 5 所示。

表 3 全尾砂的化学组成                    %

TFe     MFe      S      Al 2 O 3     TiO 2     SiO 2     CaO     MgO      Ig      其他

质量分数     11.06     1.83     0.34     3.47      0.31     64.21     5.28     3.34     1.78     8.38

表 4 全尾砂的粒级组成                     %

目数

-200        +200        +160        +120         +80         +40 质量分数       32.42       19.79        6.54        14.55        22.85        3.85

表 5 尾砂的物理特性

比重 /

(g · cm -3 )

松散容重 / (g · cm -3 )

 堆积容重 / (g · cm -3 )

 松散密实

度 /%

堆积密实

度 /%

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松散孔隙

率 /%

堆积孔隙

率 %

2.976        1.466        1.825        49.3         61.3         50.7         38.7

c. 高吸水树脂 SAP

2

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试验研究                               化工矿物与加工                               2019 年  

本试验所用的 SAP 有 A 、 B 、 C 三种，均来自复纳新材料科技（上海）有限公司。 3 种 SAP 在干燥状态下的外观图如图 1 所示。且根据试验测得 3 种高吸水性树脂的吸水倍率分 别为 200~250 倍、 130~150 倍， 100~120 倍。

                                      a 材料 A b 材料 B c 材料 C

图 1 3 种 SAP 在干燥状态下的外观

1.1.2 试验仪器

本次试验采用的设备为 R/S 型四叶桨式旋转流变仪。将与扭矩测量头相连的四叶转子浸

入水泥砂浆中，放置在烧杯砂浆的中间位置，设置可变化剪切速率旋转，并通过软件进行实 时检测和数据处理。转子直径 20 mm ，转子高度 40 mm 。

1.2 试验设计

本试验采用全因子试验法，样品质量分数均设计为 78% ，灰砂比为 1 ∶ 6 ， SAP 种类设 置 3 种（ A 、 B 、 C ）， SAP 的掺量设计 9 种（ 0% ～ 4% ，以 0.5% 的梯度增长，按占水泥质量 比进行计算），每组设置 2 次重复试验。试验配合比设计见表 6 。

表 6 试验配合比设计

SAP 种类    试验

编号

SAP 掺

量 /%

SAP

种类

试验编

号

SAP 掺

处理。经 0.25% 高铁酸钾预处理后，得到的改性水

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泥固化淤泥，其无侧限抗压强度相对于水泥固化淤 泥增长了 9.4% ，且刚度也有所提高；对于抗剪强度，

高铁酸钾预处理主要改变的是水泥固化淤泥的黏聚 力，相比于水泥固化淤泥，改性水泥固化淤泥黏聚 力增长了 5.96kPa ，而内摩擦角基本保持不变。 (3) 通过 SEM 图像，结合概念模型分析，高铁酸

钾与水泥固化淤泥的作用机理可概括为：高铁酸钾 将淤泥中有机质氧化分解，消除了有机质对水泥水 化反应的不利影响，促进了水泥水化产物的生成；

同时，高铁酸钾被还原， Fe(VI) 转化为 Fe(III) ， Fe 3+

与黏土颗粒表面低价离子的交换吸附作用减薄了扩 散层厚度，促进了土颗粒之间的絮凝。两方面共同 作用，提高了水泥固化淤泥的强度。