砒砂巖體潰散機(jī)理及砒砂巖改性材料試驗(yàn)研究.pdf

1、砒砂巖遇水潰散的特性造成了內(nèi)蒙古砒砂巖地區(qū)嚴(yán)重的水土流失。為了治理當(dāng)?shù)氐乃亮魇Ш痛龠M(jìn)植被的恢復(fù)，需要采用淤地壩和植被固沙相結(jié)合的措施對其進(jìn)行治理。而該地區(qū)地形千溝萬壑導(dǎo)致交通極度不便，大規(guī)模從外面運(yùn)進(jìn)筑壩材料非常困難且成本過高。為了便于就地取材，本文通過對砒砂巖基本特性和潰散機(jī)理的研究找到了砒砂巖的改性方法，將砒砂巖改性成可用于淤地壩建設(shè)的壩身材料和過水材料，同時(shí)對改性材料的性能及影響因素展開了詳細(xì)的研究?；谂皫r改性技術(shù)，研制出砒

2、砂巖改性免燒磚并利用砒砂巖改性壩身材料在當(dāng)?shù)匦藿艘蛔⌒陀俚貕?，初步?shí)現(xiàn)砒砂巖改性材料的資源化利用。本文的主要研究內(nèi)容和得到結(jié)論如下所示:
　　(1)通過材料分析方法明確了砒砂巖的礦物組成和結(jié)構(gòu)組成。砒砂巖是由石英、鈉長石和鉀長石等支撐顆粒物、膨脹粘土（蒙脫石和綠泥石等）和游離氧化物（三氧化二鐵）等膠結(jié)物所構(gòu)成的顆粒支撐滲透式結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上建立起砒砂巖的三元結(jié)構(gòu)物理模型，為砒砂巖的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)通過對砒

3、砂巖基本性能及潰散過程的研究，揭示了砒砂巖潰散的根本原因在于自身膠結(jié)差且膠結(jié)物大部分為膨脹粘土礦物（膠結(jié)力不足以約束膨脹作用），并利用膠結(jié)指數(shù)和潰散指數(shù)評價(jià)了砒砂巖的膠結(jié)性能和潰散性能。結(jié)合三元結(jié)構(gòu)物理模型及潰散試驗(yàn)，建立了砒砂巖遇水潰散過程的物理模型，提出了游離氧化物膠結(jié)增強(qiáng)改性的方法。
　　(3)結(jié)合復(fù)合材料強(qiáng)度理論及土體的強(qiáng)度理論推導(dǎo)出砒砂巖強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型（fP=K×Pg×fg+2C×（1-Pg）tan(45°+ψ/2)），

4、為砒砂巖增強(qiáng)膠結(jié)改性提供理論基礎(chǔ)。通過向砒砂巖中加入適量的游離氧化物提高膠結(jié)指數(shù)和采用陽離子交換技術(shù)抑制膨脹輔助進(jìn)一步降低潰散指數(shù)，實(shí)現(xiàn)對砒砂巖的膠結(jié)增強(qiáng)改性，研制出價(jià)格低廉、綠色無污染且性能滿足要求（抗壓強(qiáng)度大于1MPa，膨脹率小于5％以軟化系數(shù)大于0.2）的砒砂巖改性壩身材料。
　　(4)基于砒砂巖的礦物風(fēng)化特性及規(guī)律，提出砒砂巖加速風(fēng)化及激活改性方法。將砒砂巖中粘土弱膠結(jié)礦物（蒙脫石和綠泥石等）、部分鈉長石、部分鉀長石和添加

5、的礦粉轉(zhuǎn)化為耐水高強(qiáng)膠凝物質(zhì)（水化硅鋁酸鈣、沸石和Si-Al膠體等），實(shí)現(xiàn)對砒砂巖的膠結(jié)增強(qiáng)改性。采用試驗(yàn)證實(shí)砒砂巖加速風(fēng)化改性技術(shù)的可行性，并初步研制出砒砂巖改性過水材料，其最高抗壓強(qiáng)度為46MPa、軟化系數(shù)到達(dá)0.95。改性過水材料的反應(yīng)產(chǎn)物為水化硅酸鈣、水化硅鋁酸鈣、類沸石以及Si-Al膠體（地聚物）等。
　　(5)在砒砂巖加速風(fēng)化及激活改性方法的基礎(chǔ)上，通過對砒砂巖進(jìn)行高溫煅燒以及添加適量表面活性劑，提高了漿體的流動(dòng)性，實(shí)