工业固废基地聚物固化河道疏浚土力学特性试验研究
Mechanical Properties of River Dredged Soils Stabilized with Industrial Solid Waste‑based Geopolymer Binder
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第3期 页码：643-651
- 作者机构：
1.南京工业大学交通运输工程学院，江苏 南京 211816
2.中交一公局海威工程建设有限公司，北京 101119
3.中国水利水电科学研究院 水利部水工程建设与安全重点实验室，北京 100038
4.中国安能集团第三工程局有限公司重庆分公司，重庆 401329
- 作者简介：
吴维江(2000—)，男，硕士研究生。主要从事特殊土资源化再利用方面的研究。E-mail：weijiang@njtech.edu.cn
王盛年(1987—)，男，副教授，博士。主要从事特殊岩土体静动力特性及工程应用方面的研究。E-mai：shengnian.wang@njtech.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金重点项目(42330704);国家自然科学青年基金项目(41902282);江苏省碳达峰碳中和科技创新专项(BE2022605);南京市科技计划发展项目(202211011)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240206002
中图分类号： TU442收稿：2024-02-06，
修回：2024-04-09，
纸质出版：2025-06-28
- 稿件说明：
移动端阅览
吴维江,谷雷雷,王盛年等.工业固废基地聚物固化河道疏浚土力学特性试验研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(03):643-651.
WU Weijiang,GU Leilei,WANG Shengnian,et al.Mechanical Properties of River Dredged Soils Stabilized with Industrial Solid Waste‑based Geopolymer Binder[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(03):643-651.
吴维江,谷雷雷,王盛年等.工业固废基地聚物固化河道疏浚土力学特性试验研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(03):643-651. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240206002.
WU Weijiang,GU Leilei,WANG Shengnian,et al.Mechanical Properties of River Dredged Soils Stabilized with Industrial Solid Waste‑based Geopolymer Binder[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(03):643-651. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240206002.
摘要
河道疏浚土具有含水率高、强度低、组成成分复杂等特点，难以直接再用于工程建设。为实现高含水河道疏浚土工程再利用，以钢渣粉和高炉矿渣粉为前驱体，生石灰和硅酸钠为碱激发剂，制备工业固废基地聚物凝胶材料，通过系列力学性能试验，研究了地聚物中各组分的最佳配比关 系，探讨了初始含水率、养护龄期对地聚物固化河道疏浚土强度的影响规律，对比评价了地聚物固化疏浚土的力学性能，并通过微结构观测分析了地聚物固化河道疏浚土的内在机制。结果表明：工业固废基地聚物中生石灰、硅酸钠、钢渣粉、高炉矿渣粉四者的最佳质量掺比为280∶350∶729∶405；地聚物固化疏浚土强度随初始含水率提高呈非线性下降，随养护龄期增加呈非线性增加；地聚物固化疏浚土压拉强度远低于水泥固化疏浚土，但却具有更高的内摩擦角；随养护龄期增加，大量无定形凝胶的生成以及氢氧化钙的消失提高了河道疏浚土整体性，因而改善了河道疏浚土的力学性能。
Abstract
River dredged soils exhibit high moisture content
low strength
and complex composition
making them difficult to reuse directly in engineering construction. To achieve the engineering reuse of high-moisture river dredged soils
an industrial solid waste-based geopolymer binder was prepared using steel slag powder and blast furnace slag powder as precursors
and quicklime and sodium silicate as alkali activators. Through a series of mechanical tests
the optimal mass mixing ratio of each component in the geopolymer was investigated
and the effects of initial water content and curing age on the strength of geopolymer-stabilized river dredged soils were studied. The mechanical properties of geopolymer-stabilized dredged soils were compared and evaluated
and the inherent mechanism of geopolymer-stabilized river dredged soils was analyzed through microstructure observation. The results indicated that the optimal mass ratio of quicklime:sodium silicate:steel slag powder:blast furnace slag powder in the industrial solid waste-based geopolymer was 280∶350∶729∶405. The strength of geopolymer-stabilized dredged soils nonlinearly decreased with higher initial water content and nonlinearly increased with prolonged curing age. The compressive and tensile strength of geopolymer-stabilized dredged soils was significantly lower than that of cement-stabilized dredged soils
whereas their internal friction angle was notably higher. With increasing curing age
the formation of abundant amorphous gels and the consumption of calcium hydroxide enhanced the integrity of dredged soils
leading to improved mechanical properties. This study provides a reference for the resource recycling of high-water-content soft soils.
关键词
Keywords
references
Develioglu I ， Pulat H F . Compressibility behaviour of natural and stabilized dredged soils in different organic matter contents ［J］. Construction and Building Materials ， 2019 ， 228 ： 116787 .
徐杨 ， 曹磊 ， 阎长虹 ， 等 . 城市河道淤泥固化土干湿耐久性试验研究 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1028 - 1035 .
Xu Y ， Cao L ， Yan C H ， et al . Experimental study on drying-wetting durability of solidified urban river sludge ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1028 - 1035 . （in Chinese）
Zhang C ， Xie Y P ， Yang J S ， et al . The novel vegetation concrete blocks for embankment protection incorporating the light aggregates recycled by lake-dredged sediments ［J］. Construction and Building Materials ， 2023 ， 381 ： 131282 .
刘青云 ， 李华安 ， 孙信誉 ， 等 . 钢渣型复合基材在浅层软土固化中的应用 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2020 ， 40 （ 5 ）： 811 - 817 .
Liu Q Y ， Li H A ， Sun X Y ， et al . Application of steel slag composite in in-situ solidification of shallow soft soil ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2020 ， 40 （ 5 ）： 811 - 817 . （in Chinese）
Mulligan C N ， Yong R N ， Gibbs B F . An evaluation of technologies for the heavy metal remediation of dredged sediments ［J］. Journal of Hazardous Materials ， 2001 ， 85 （ 1-2 ）： 145 - 163 .
路洋 ， 乐绍林 ， 柴培宏 ， 等 . 大型卧螺离心机用于疏浚淤泥处理试验研究 ［J］. 工业用水与废水 ， 2021 ， 52 （ 5 ）： 51 - 54 .
Lu Y ， Le S L ， Chai P H ， et al . Experimental research on large horizontal screw decanter centrifuge used for dredged silt treatment ［J］. Industrial Water & Wastewater ， 2021 ， 52 （ 5 ）： 51 - 54 . （in Chinese）
詹锐生 . 高压压滤脱水固结一体化处理河道淤泥的技术应用研究 ［D］. 广州 ： 华南理工大学 ， 2020 .
Zhan R S . Application of high pressure filtration dewatering and consolidation integration technology in river silt treatment ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2020 . （in Chinese）
付冠杰 ， 雷国辉 ， 范明桥 ， 等 . 堆载吹填淤泥并同步真空预压地基固结解析分析 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2017 ， 37 （ 6 ）： 945 - 950 .
Fu G J ， Lei G H ， Fan M Q ， et al . Analysis of consolidation due to preloading by vacuum and surcharge of hydralically-filled mud subjected to synchronous vacuum-preloading ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2017 ， 37 （ 6 ）： 945 - 950 . （in Chinese）
龙开荃 ， 方祥位 ， 申春妮 ， 等 . 复合型早强土壤固化剂固化淤泥强度特性研究 ［J］. 岩土力学 ， 2023 ， 44 （ 增1 ）： 309 - 318 .
Long K Q， Fang X W， Shen C N， et al， Strength characteristics of sludge solidified by composite rapid soil stabilizer ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2023 ， 44 （ Sup 1 ）： 309 - 318 . （in Chinese）
Jan O Q ， Mir B A . Strength and micro structural behavior of lime stabilized dredged soil ［C］∥ Thoughts on Ground Improvement Techniques . Egypt ： GeoMEast 2018 ， 2019 ： 132 - 152 . （in Egypt）
Gupta A ， Arora V K ， Biswas S . Contaminated dredged soil stabilization using cement and bottom ash for use as highway subgrade fill ［J］. International Journal of Geo-Engineering ， 2017 ， 8 （ 1 ）： 1 - 13 .
Ding J ， Zhang S ， Hong Z ， et al . Experimental study of solidification of dredged clays with high water content by adding cement and phosphogypsum synchronously ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2010 ， 31 （ 9 ）： 2817 - 2822 .
Zentar R ， Wang D X ， Abriak N E ， et al . Utilization of siliceous-aluminous fly ash and cement for solidification of marine sediments ［J］. Construction and Building Materials ， 2012 ， 35 ： 856 - 863 .
Kong X H ， Zhang Z B ， Liang Y P ， et al . Experimental study on solidified dredged sediment with MgO and industrial waste residue ［J］. Construction and Building Materials ， 2023 ， 366 ： 130105 .
Li J S ， Zhou Y F ， Chen X ， et al . Engineering and microstructure properties of contaminated marine sediments solidified by high content of incinerated sewage sludge ash ［J］. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering ， 2021 ， 13 （ 3 ）： 643 - 652 .
周恒宇 ， 王修山 ， 胡星星 ， 等 . 地聚合物固化淤泥强度增长影响因素及机制分析 ［J］. 岩土力学 ， 2021 ， 42 （ 8 ）： 2089 - 2098 .
Zhou H Y ， Wang X S ， Hu X X ， et al . Influencing factors and mechanism analysis of strength development of geopolymer stabilized sludge ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2021 ， 42 （ 8 ）： 2089 - 2098 . （in Chinese）
Wang D ， Xiao J ， Xiao H ， et al . Experimental study of carbonated-solidified sludge in east lake ［J］. Rock and Soil Mechanies ， 2019 ， 40 （ 5 ）： 1805 - 1812 .
Li W T ， Yi Y L ， Puppala A J . Comparing carbide sludge-ground granulated blastfurnace slag and ordinary Portland cement： Different findings from binder paste and stabilized clay slurry ［J］. Construction and Building Materials ， 2022 ， 321 ： 126382 .
Yoobanpot N ， Jamsawang P ， Poorahong H ， et al . Multiscale laboratory investigation of the mechanical and microstructural properties of dredged sediments stabilized with cement and fly ash ［J］. Engineering Geology ， 2020 ， 267 ： 1105491 .
张小芳 ， 陈瑞敏 ， 简文彬 . 水泥-矿渣-粉煤灰固化淤泥的水分转化规律及其固化机理研究 ［J］. 工程地质学报 ， 2020 ， 31 （ 1 ）： 102 - 112 .
Zhang X F ， Chen R M ， Jian W B . Study on water conversion law and solidification mecha-nism of cement-slag-fly ash solidified silt ［J］ Journal of Engineering Geology ， 2020 ， 31 （ 1 ）： 102 - 112 . （in Chinese）
流态固化土填筑应用技术导则（试行） ［S］. 南京 ： 南京市城乡建设委员会 ， 2023 .
预拌流态固化土（PFSS）填筑工程技术标准： T/ CECS 1037—2022 ［S］. 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2019 .
0
浏览量
0
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 苏ICP备05012539号-11
苏公网安备32010202012147号 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
