Experimental Study on Static Characteristics of Calcareous Sand Solidified by Nano-SiO2 Superfine Cement
-
摘要: 运用纳米SiO2和超细水泥替代普通硅酸盐水泥对钙质砂进行加固处理，设计不同情况下无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验，研究纳米SiO2掺入对于钙质砂–超细水泥加固体静力特性影响，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察试样微观结构进而分析作用机理。试验结果表明：超细水泥较普通硅酸盐水泥对于钙质砂的固化效果更好；纳米SiO2掺入对加固体强度有增强作用且影响效果存在临界值，掺量超过临界值后强度下降；纳米SiO2从峰值强度、峰值应变、黏聚力等方面改善了超细水泥钙质砂加固体的静力特性；微观角度分析发现超细水泥比普通水泥生成更多钙矾石晶体，形成一定的网格状结构，从而增强其宏观强度。Abstract: To study the incorporation of nano-SiO2 for calcareous sand-super fine cement plus solid static characteristics, nano-SiO2 and ultra-fine cement were used to replace ordinary portland cement to reinforce calcareous sand. Unconfined compressive strength test and triaxial shear test were designed under different conditions, and the microstructure of samples was observed by SEM to analyze the mechanism of action. The test results show that superfine cement has better reinforcement effect on calcareous sand than ordinary portland cement; there is a critical value for the effect of nano-SiO2 incorporation on the strength of ultrafine cement, and the strength decreases after the amount exceeds the critical value. In terms of peak strength, peak strain and cohesion, nano-SiO2 can improve the static characteristics of superfine cement calcareous sand. From a microscopic point of view, it is found that ultra-fine cement produces more ettringite crystals than ordinary cement, forming a certain grid-like structure, thereby enhancing its macro strength.
-
Key words:
- nano-SiO2 /
- calcareous sand /
- superfine cement /
- triaxial test /
- static characteristics
-
表 1 普硅水泥与超细水泥物理性能比较
水泥 平均粒径
/μm比表面积
/(m2·kg−1)抗压强度
/MPa3天抗折
强度/MPa凝结时间
/min3d 28d 3d 28d 初凝 终凝 普通水泥 20～30 56 24.5 46.3 4.6 8.7 150 210 超细水泥 ≤4.5 841 47.6 69.7 7.4 8.8 136 187 
下载: 导出CSV
表 2 纳米SiO2的主要性质指标
材料 平均粒径
/nm比表面积
/(m2·kg−1)主要物质
含量/%水悬浮液
pH值假比重
/(g·cm−3)纳米SiO2 12 180 99.8 3.6～4.3 0.15～0.22
下载: 导出CSV
表 3 试样参数
组分号 掺入质量比/% 水泥 纳米SiO2 Cb（普通） 5～11 0 NCa（超细） 5～11 0 NCS（超细+纳米SiO2） 6 5～30 注：水泥掺入比（水泥质量/钙质砂质量）×100%；纳米SiO2掺入比（纳米SiO2质量/水泥质量）×100%。
下载: 导出CSV
表 4 剪切参数汇总表
纳米 SiO2掺量/% 围压
/kPa峰值
强度/kPa峰值
应变/%内摩
擦角/(°)黏聚力
/kPa0 100 1182.3 1.86 50 102.2 200 1999.7 2.05 300 2572.1 3.17 10 100 1476.8 0.86 46 178.5 200 2192.2 1.61 300 2677.8 1.86 20 100 1917.7 1.24 47 307.2 200 2578.1 1.11 300 3566.6 0.86 30 100 1332.1 2.98 49 183.4 200 2156.1 1.24 300 3022.4 0.86
下载: 导出CSV
-
[1] 钱 琨,王新志,陈剑文,等. 南海岛礁吹填钙质砂渗透特性试验研究[J]. 岩土力学,2017,38(6):1557-1564,1572. [2] DEJONG J T,MORTENSEN B M,MARTINEZ B C,et al. Bio-mediated soil improvement[J]. Ecological Engineering,2010,36(2):197-210. doi: 10.1016/j.ecoleng.2008.12.029 [3] SHERWOOD P T. Soil stabilization with cement and lime: state-of-the-art review[M]. Trl State of the Art Review, 1993. [4] 许成顺,栾茂田,郭 莹. 砂土动应力–应变发展特性试验[J]. 北京工业大学学报,2008,(9):956-960. [5] LEE C Y,POULOS H G. Effective stress dependenceof pile shaft capacity in calcareous sand[J]. Journal of Geotechnical Engineering,1990,114:1189-1193. [6] 方祥位,李晶鑫,李 捷,等. 珊瑚砂微生物固化体三轴压缩试验及损伤本构模型研究[J]. 岩土力学,2018,39(S1):1-8. [7] 高运昌,尹 诗,高 盟,等. 聚氨酯加固南海钙质砂静力特性试验研究[J]. 科学技术与工程,2020,20(18):7387-7393. [8] KWAN A K H,CHEN J J. Roles of packing density and water film thickness in rheology and strength of cement paste[J]. Journal of Advanced Concrete Technology,2012,10(10):332-344. doi: 10.3151/jact.10.332 [9] 周茗如,彭新新,苏波涛,等. 普通水泥与超细水泥注浆性能分析及其黄土注浆效果对比研究[J]. 硅酸盐通报,2017,36(5):1673-1678. [10] 黄 谦,王 冲,赵 亮,等. 半浸泡下纳米SiO2对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀能力的影响[J]. 建筑材料学报,2019,22(6):978-985. doi: 10.3969/j.issn.1007-9629.2019.06.021 [11] 许成顺,杜修力,姚爱军,等. 全自动静–动三轴剪切仪的功能分析及应用[J]. 北京工业大学学报,2008,(6):591-595. [12] SL 237—1999 土工试验规程 [S]. 北京: 中国水利水电出版社, 1999. [13] 郭 超. 南海岛礁珊瑚集料混凝土工程性能研究[D]. 南京: 东南大学, 2017. [14] 陈 庆,张福海,左庆松,等. 石灰固化海砂海泥混合料作为填料的室内试验研究[J]. 科学技术与工程,2016,16(31):261-264. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2016.31.050 [15] 王 帅,雷学文,孟庆山,等. 冲击荷载下钙质砂侧限压缩及颗粒破碎试验研究[J]. 科学技术与工程,2017,17(9):67-72. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2017.09.011 [16] 王文军,朱向荣,方鹏飞. 纳米SiO2粉水泥土固化机理研究[J]. 浙江大学学报(工学版),2005,(1):149-154. [17] 张县云,宋学锋,高 瑞. 纳米SiO2溶胶对水泥砂浆力学性能的影响及其作用机理初探[J]. 硅酸盐通报,2014,33(3):589-592. -
图(9) / 表(4)
计量
- 文章访问数: 71
- HTML全文浏览量: 13
- PDF下载量: 19
- 被引次数: 0
