MgO固化–碳化盾构离心高液限粉土界限含水率试验研究.pdf
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1、Open Journal of Transportation Technologies 交通技术交通技术,2023,12(5),431-437 Published Online September 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ojtt https:/doi.org/10.12677/ojtt.2023.125047 文章引用文章引用:李炳志,李彦澄,胡卓凡,殷子鸣,张少凯,闵凡路.MgO 固化碳化盾构离心高液限粉土界限含水率试验研究J.交通技术,2023,12(5):431-437.DOI:10.12677/ojtt.2023.125
2、047 MgO固化固化碳化盾构离心高液限粉土界限碳化盾构离心高液限粉土界限 含水率试验研究含水率试验研究 李炳志李炳志1,李彦澄李彦澄1,胡卓凡胡卓凡1,殷子鸣殷子鸣1,张少凯张少凯1,闵凡路闵凡路1,2 1河海大学土木与交通学院,江苏 南京 2河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 收稿日期:2023年8月21日;录用日期:2023年9月14日;发布日期:2023年9月25日 摘摘 要要 针对泥水盾构产生的工程废弃土可塑性无法满足工程规范要求的问题,开展活性氧化镁固化针对泥水盾构产生的工程废弃土可塑性无法满足工程规范要求的问题,开展活性氧化镁固化碳化高液碳化高液限粉土的界限含
3、水率试验研究。分析液、塑限及塑性指数变化规律,探究可塑性变化原因。高液限粉土限粉土的界限含水率试验研究。分析液、塑限及塑性指数变化规律,探究可塑性变化原因。高液限粉土在掺入氧化镁后,增大掺量或延长碳化时间均可使固化在掺入氧化镁后,增大掺量或延长碳化时间均可使固化碳化土的塑限提高,液限和塑性指数降低,塑碳化土的塑限提高,液限和塑性指数降低,塑性指数最低为性指数最低为7。可塑性不断降低的原因可能有两种:一是由于氧化镁掺入后产生的水化产物与细粒颗粒可塑性不断降低的原因可能有两种:一是由于氧化镁掺入后产生的水化产物与细粒颗粒胶凝团聚,使细粒含量降低,土体吸水能力减弱,导致土体液限降低;二是由于氧化镁颗
4、粒的掺入及反应胶凝团聚,使细粒含量降低,土体吸水能力减弱,导致土体液限降低;二是由于氧化镁颗粒的掺入及反应使级配更加合理,水分对土体结构的影响降低,导致塑限升高。使级配更加合理,水分对土体结构的影响降低,导致塑限升高。wL和和wp的变化共同导致塑性指数的降低。的变化共同导致塑性指数的降低。关键词关键词 泥水盾构泥水盾构,高液限粉土高液限粉土,碳化碳化,界限含水率界限含水率 Experimental Study on the Limit Water Content of MgO Modified Carbonized Shield Tunnel Centrifugal High Liquid L
5、imit Silt Bingzhi Li1,Yancheng Li1,Zhuofan Hu1,Ziming Yin1,Shaokai Zhang1,Fanlu Min1,2 1College of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing Jiangsu 2Key Laboratory of Geomechanics and Embankment Engineering,Ministry of Education,Hohai University,Ministry of Education,Nanjing Jia
6、ngsu Received:Aug.21st,2023;accepted:Sep.14th,2023;published:Sep.25th,2023 Abstract In response to the problem that the plasticity of engineering waste soil generated by slurry shield 李炳志 等 DOI:10.12677/ojtt.2023.125047 432 交通技术 tunneling cannot meet the requirements of engineering specifications,an
7、 experimental study on the limit water content of activated magnesium oxide modified carbonized high liquid limit silt was conducted.Analyze the change rule of liquid and plastic limit and plasticity index,and inves-tigate the reason of plasticity change.It is found that after the high liquid limit
8、silt is mixed with magnesium oxide,increasing the amount of MgO or prolonging the carbonization time can make the plastic limit of the modified-carbonated soil increase,the liquid limit and plasticity index de-crease,and the plasticity index is as low as 7.The reason for the plasticity decreasing ma
9、y be two kinds:firstly,due to the hydration products produced after the magnesium oxide mixing with the fine particles gelling agglomeration,so that the fine particles content decreases,and the soil bodys ability of absorbing water is weakened,which results in the decrease of the liquid limit of the
10、 soil;and secondly,because the magnesium oxide particles are not mixed with the liquid limit of the soil,it is the reason for the decrease of the liquid limit.Due to the magnesium oxide par-ticles and reaction to make the grading more reasonable,the influence of water on the soil struc-ture is reduc
11、ed,resulting in higher plastic limit.The changes in wL and wp together lead to a de-crease in the plasticity index.Keywords Slurry Shield,High Liquid Limit Silt,Carbonation,Limit Water Content Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribu
12、tion International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 泥水盾构工法以其安全、高效等优势在越来越多的水下隧道工程建设中被广泛应用 1 2 3,甚至在一些全断面黏土地层中也开始使用,如济南济泺路穿黄隧道工程 4、扬州瘦西湖隧道 5等。然而其水力出土的方式,使得在掘进过程会产生大量的废弃泥浆。即使经过一系列的脱水减量处理,依然会产生大量的废弃黏土。以济南济泺路穿黄隧道工程为例,工程采用双台泥水盾构同向穿越全断面粉质黏土地层,产生了共约 1233 万方 4的含水率约 280%的废弃泥
13、浆,经过筛分、旋流、离心及板框处理后,单台盾构约产生 210 万方泥饼。这些土因无法满足相关规范 6 7中物理指标的要求(如塑性指数、无侧限强度等)而无法直接利用。如不及时进行处理,不仅会影响工期,还可能因处理不当而导致环境污染。目前,化学固化方法经常被用于处理工程废弃土,常见的化学固化剂通常包括生石灰、水泥等无机固化材料。而这些固化剂耗能较高,需要一种更加高效、环保的固化材料或固化方法进行废弃土处理。对于泥水盾构产生的废弃土,其在改性处理后性质的变化规律,也是值得关注的。已有学者针对固化材料方面研究 8发现相较于生石灰、水泥等材料,氧化镁被认为是一种绿色可持续、富有前景的固化剂,具有低碳环保
14、、强度增长潜力大等优势。另有学者通过研究加速碳化技术 9,发现可以提高碳化废弃土的含碳量和稳定性,减少碳排放及对环境的污染,并可用于多个再利用领域。为了改善泥水盾构废弃土的性质并提高其资源化利用的可行性,如何控制碳化条件,以保证在泥水盾构废弃土固化碳化获得较好效果的同时,能够吸收更多的 CO2,达到节能固碳的目的,是日前研究的重点。关于氧化镁固化碳化废弃土的改性机理 10-15,目前一般认为包括水化反应(式 1、2)、火山灰反应(式 3、4)和碳化反应(式 58)。22MgOH OMg2OH+(1)Open AccessOpen Access李炳志 等 DOI:10.12677/ojtt.20
15、23.125047 433 交通技术 ()22Mg+2OHMg OH+(2)22Mg+2OH+SiOMSH+(3)223Mg2OHAl OMAH+(4)2232MgOCO3H OMgCO3H O+(5)()()()()223225245Mg OH4COH OMgCOOH5H O+(6)()()()()23225245Mg OH4COMgCOOH4H O+(7)()()()()2232222Mg OHCO3H OMgCOOH3H O+(8)本研究采用江阴靖江长江隧道工程的泥水盾构离心高液限粉土,通过界限含水率试验,对固化碳化废弃土进行研究。通过改变养护条件和碳化条件 t,分析泥水盾构废弃土碳化后
16、可塑性,探究塑限 wp、液限wL、塑性指数Ip的变化规律,为日后城市地下隧道建设过程中盾构废弃土的合理处理和利用提供参考。2.材料与方法材料与方法 2.1.试验材料试验材料 试验所用废弃土取自江苏省江阴靖江长江隧道,来源于泥水盾构穿越粉质黏土地层时产出的泥浆。离心脱水后产生的废弃土的塑限和液限分别为 55.1%和 70.4%,塑性指数为 15,呈明显软塑状且无法击实。为保证研究效果避免废弃土风化失水,待泥浆离心后立刻取样。废弃土的基本物理性质指标见表 1。该废弃土细粒含量为 80.3%,砂粒含量为 16.6%,根据土的工程分类标准 16,属于粉土中的高液限粉土(MH)(wL 50%)。Tabl
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