岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (1): 77-85.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0551

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

氯氧镁水泥固化淤泥力学特性及微观机制

王东星1, 2, 3,陈政光1, 2   

  1. 1. 武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2. 武汉大学 岩土与结构工程安全湖北省重点实验室,湖北 武汉 430072; 3. 武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072
  • 收稿日期:2020-05-06 修回日期:2020-09-22 出版日期:2021-01-11 发布日期:2021-01-05
  • 通讯作者: 陈政光,男,1996年生,硕士研究生,主要从事固化材料研发和淤泥处置等环境岩土方面的研究工作。E-mail: zhengguang-chen@whu.edu.cn E-mail: dongxing-wang@whu.edu.cn
  • 作者简介:王东星,男,1984年生,博士(后),副教授,博士生导师,主要从事淤泥固化、软基处理等环境岩土工程方面的教学和科研工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51879202,No. 52079098)

Mechanical properties and micro-mechanisms of magnesium oxychloride cement solidified sludge

WANG Dong-xing1, 2, 3, CHEN Zheng-guang1, 2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. Hubei Key Laboratory of Safety for Geotechnical and Structural Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 3. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of the Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China
  • Received:2020-05-06 Revised:2020-09-22 Online:2021-01-11 Published:2021-01-05
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51879202, 52079098).

摘要: 将氯氧镁水泥(MOC)创新性地引入淤泥固化,通过无侧限抗压强度、固化体含水率、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱测定(EDS)等试验,研究了初始含水率、MgO/MgCl2摩尔比、养护龄期和MgO活性等复杂因素对淤泥固化效能影响及其驱动机制。结果表明:初始含水率越高,试样强度越低,中等含水率时MOC固化淤泥中出现针杆状的3相或5相晶体;随MgO/MgCl2摩尔比升高,试样抗压强度随之增加,水化产物从无定形凝胶逐渐转化为3相、5相和Mg(OH)2晶体;随养护龄期延长,固化淤泥强度总体呈上升趋势,28 d前强度增长相对较快,28 d后强度趋于稳定;养护后期,MgO/MgCl2摩尔比较高的试样表面易出现泛霜现象;MgO活性提高使得MOC固化淤泥试样含有更多有效活性组分,无侧限抗压强度更高,但MgO活性高低对水化产物演变规律并无显著影响。研究成果可为绿色、低碳MOC基胶凝材料研发及其在淤泥固化等土体加固领域中应用提供理论支撑。

关键词: 淤泥, 氯氧镁水泥(MOC), 固化, 强度, 微观机制

Abstract: Magnesium oxychloride cement (MOC) is innovatively introduced into sludge solidification. The influence of initial water content, molar ratio of MgO/MgCl2, curing age and MgO activity on sludge solidification efficiency and the corresponding driving mechanisms are systematically studied by unconfined compressive strength, water content of solidified matrix, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrum (EDS). The results show that the higher the initial water content, the lower the strength of solidified samples, and the needle-rod shaped crystals (phase 3 or phase 5) can be clearly observed in MOC solidified sludge with medium water content. The increase in molar ratio of MgO/MgCl2 leads to an improvement in the compressive strength of samples, accompanied by the transformation of hydration products from amorphous gel to phase 3, phase 5 and Mg(OH)2 crystals. The strength of solidified sludge shows a increase trend with the prolongation of curing age, and the strength prior to 28 d increases relatively faster, followed by a stable trend after 28 d. Especially, the surface of specimens with high molar ratio of MgO/MgCl2 is prone to have frost at a longer curing stage. An enhancement in MgO activity produces more reactive components and leads to higher compressive strength of MOC solidified sludge, whereas the activity degree of MgO has no significant effect on the evolution of hydration products. The obtained results can provide a theoretical support for the development of green and low-carbon MOC-based cementitious material and its application in soil reinforcement fields such as sludge solidification.

Key words: sludge, magnesium oxychloride cement (MOC), solidification, strength, micro-mechanisms

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[1] 晏青, 赵均海, 张常光. 基于统一强度理论的临坡加筋地基极限承载力新解[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1587-1600.
[2] 孙增春, 郭浩天, 刘汉龙, 吴焕然, 肖杨, . 基于扰动状态概念的饱和黏土热弹塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1325-1334.
[3] 平琦, 苏海鹏, 马冬冬, 张号, 张传亮, . 不同高温作用后石灰岩物理与动力特性试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 932-942.
[4] 雷华阳, 王鹏, 刘旭, 王磊, . 基于气体运移规律的增压式真空预压法 加固机制分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 943-953.
[5] 杨爱武, 徐彩丽, 郎瑞卿, 王韬, . 冻融循环作用下城市污泥固化土三维力学 特性及其破坏准则[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 963-975.
[6] 余莉, 彭海旺, 李国伟, 张钰, 韩子豪, 祝瀚政. 花岗岩高温−水冷循环作用下的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1025-1035.
[7] 王家辉, 饶锡保, 江洎洧, 姚劲松, 熊诗湖, 卢一为, 李浩民, . 振冲碎石桩复合地基抗剪机制的模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1095-1103.
[8] 杨爱武, 杨少朋, 郎瑞卿, 陈子荷, . 轻质固化盐渍土三维力学特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 593-600.
[9] 陈猛, 崔秀文, 颜鑫, 王浩, 王二磊. 岩石−钢纤维混凝土复合层抗压强度预测模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 638-646.
[10] 吴俊, 征西遥, 杨爱武, 李延波. 矿渣−粉煤灰基地质聚合物固化淤泥质黏土的抗压强度试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 647-655.
[11] 任三绍, 张永双, 徐能雄, 吴瑞安, 刘筱怡. 含砾滑带土复活启动强度研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 863-873.
[12] 吕亚茹, 王冲, 黄厚旭, 左殿军, . 珊瑚砂细观颗粒结构及破碎特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 352-360.
[13] 孙壮壮, 马刚, 周伟, 王一涵, 陈远, 肖海斌. 颗粒形状对堆石颗粒破碎强度尺寸效应的影响[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 430-438.
[14] 王本鑫, 金爱兵, 孙浩, 王树亮, . 基于DIC的含不同角度3D打印 粗糙交叉节理试样破裂机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 439-450.
[15] 卢锋, 仇文革, . 基于能量演化理论的多参数非等比例折减的 安全系数求解方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 547-557.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[3] 郭军辉,程卫国,张 滨. 土工格栅低温下蠕变特性试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3009 -3012 .
[4] 吴 琼,唐辉明,王亮清,林志红. 库水位升降联合降雨作用下库岸边坡中的浸润线研究[J]. , 2009, 30(10): 3025 -3031 .
[5] 刘振平,贺怀建,李 强,朱发华. 基于Python的三维建模可视化系统的研究[J]. , 2009, 30(10): 3037 -3042 .
[6] 颜天佑,李同春,赵兰浩,季薇薇. 三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法[J]. , 2009, 30(10): 3102 -3108 .
[7] 朱泽奇,盛 谦,梅松华,张占荣. 改进的遍布节理模型及其在层状岩体地下工程中的应用[J]. , 2009, 30(10): 3115 -3121 .
[8] 徐远杰,潘家军,刘祖德. 混凝土面板堆石坝的一种坝坡修整算法[J]. , 2009, 30(10): 3139 -3144 .
[9] 王 刚,蒋宇静,王渭明,李廷春. 新型数控岩石节理剪切渗流试验台的设计与应用[J]. , 2009, 30(10): 3200 -3209 .
[10] 祝云华,刘新荣,舒志乐. 对“‘深埋隧道开挖围岩失稳突变模型研究’讨论”的答复[J]. , 2009, 30(10): 3215 -3216 .