冻融循环作用下改良灰土力学特性与孔隙特征试验研究

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0159

冰川冻土 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (6): 1833-1841.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0159

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冻融循环作用下改良灰土力学特性与孔隙特征试验研究

刘春龙¹^,²(), 刘奉银²(), 黄素娟¹, 付争²^,³, 王锐⁴, 王松鹤²

^1.平阳县交通运输局公路与运输管理中心, 浙江平阳 325400
^2.西安理工大学岩土工程研究所, 陕西西安 710048
^3.西安特变电工电力设计院, 陕西西安 710119
^4.东北林业大学土木工程学院, 黑龙江哈尔滨 150040

收稿日期:2022-02-25 修回日期:2022-09-25 出版日期:2022-12-25 发布日期:2023-01-18
通讯作者: 刘奉银 E-mail:lchlong1989@126.com;liufy@xaut.edu.cn
作者简介:刘春龙，工程师，主要从事岩土力学试验研究. E-mail： lchlong1989@126.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(12072260)

Experimental study on mechanical properties and pore characteristics of the modified lime mortars under freee-thaw cycles

Chunlong LIU¹^,²(), Fengyin LIU²(), Sujuan HUANG¹, Zheng FU²^,³, Rui WANG⁴, Songhe WANG²

^1.Center of Highway and Transportation Management，Pingyang County Traffic and Transportation Bureau，Pingyang 325400，Zhejiang，China
^2.Institute of Geotechnical Engineering，Xi’an University of Technology，Xi’an 710048，China
^3.Xi’an TBEA Electric Power Design Institute，Xi’an 710119，China
^4.School of Civil Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China

Received:2022-02-25 Revised:2022-09-25 Online:2022-12-25 Published:2023-01-18
Contact: Fengyin LIU E-mail:lchlong1989@126.com;liufy@xaut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

石灰土作为路基填料代替宕渣是一种较为经济的方案，但灰土初始强度低、硬化速率慢、碳化时间长，不利于快速施工，需要进行改良研究。利用偏高岭土与石灰发生火山灰反应的原理改良灰土，通过单轴压缩试验和三轴压缩试验，分析改良灰土冻融循环条件下力学参数变化规律，利用图像处理技术提取改良灰土图像表面孔隙，建立孔隙率与强度的关系，并通过研究龄期、石灰含量和含水率变化规律，分析偏高岭土改良灰土的机制。结果表明：偏高岭土能够有效提高灰土材料反应速率，改善灰土力学特性；偏高岭土在一定程度上能够恢复冻融循环导致的灰土力学性能损失，降低冰晶体产生的孔隙；灰土强度达到最优后，其强度随着石灰的增加而降低，而经偏高岭土改良后其强度将继续增加；火山灰反应比灰土碳化过程消耗更多的水分，有效提高了灰土的抗冻性能。

关键词: 冻融循环, 强度, 孔隙率, 改良灰土, 图像处理

Abstract:

It is an economical solution to replace slag using lime mortars as subgrade filler. However， lime mortars has low initial strength， slow hardening rate， and long carbonization time， which is not conducive to rapid construction. In this paper， the pozzolanic reaction between metakaolin and lime is used to improve lime mortars. Through uniaxial compression testing and triaxial compression testing， the mechanical parameters of improved lime mortars under freeze-thaw cycles is analyzed. The surface porosity of improved lime mortars image is extracted by image processing technology， and the relationship between porosity and strength is established. The mechanism of improved lime mortars in metakaolin is analyzed by studying the age， lime contents and moisture contents. The results show that： metakaolin can effectively increase the reaction rate and mechanical properties of lime mortars； metakaolin can restore the loss of mechanical properties of lime mortars caused by freeze-thaw cycle to a certain extent， and reduce the pores caused by ice crystals； after reaching the optimum strength， the strength of lime mortars will decrease with the increase of lime， while it will continue to increase after being improved by metakaolin； the pozzolanic reaction consumes more water than the carbonation process of lime mortars， and effectively improves the frost resistance of lime mortars.

Key words: freeze-thaw cycle, strength, porosity, modified lime mortars, picture processing

中图分类号:

TU44

刘春龙, 刘奉银, 黄素娟, 付争, 王锐, 王松鹤. 冻融循环作用下改良灰土力学特性与孔隙特征试验研究[J]. 冰川冻土, 2022, 44(6): 1833-1841.

Chunlong LIU, Fengyin LIU, Sujuan HUANG, Zheng FU, Rui WANG, Songhe WANG. Experimental study on mechanical properties and pore characteristics of the modified lime mortars under freee-thaw cycles[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2022, 44(6): 1833-1841.

图/表 18

表1

表2

表3

图1

图2

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图3

表5

表6

图4

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表7

图6

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图8

图9

表8

图10

参考文献 19

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方案编号	试样名称	粉质黏土	石灰含量/%	偏高岭土含量/%	水固比/%	龄期/d
A-1	L13-MK0	m_sc	13	0	30	3	7	14	28
A-2	L13-MK3	m_sc	13	3	30	3	7	14	28
A-3	L13-MK7	m_sc	13	7	30	3	7	14	28
A-4	L13-MK10	m_sc	13	10	30	3	7	14	28

方案编号	试样名称	粉质黏土	石灰含量/%	水固比/%	龄期/d
B-1	L7-MK0	m_sc	7	30	3	7	14	28
B-2	L10-MK0	m_sc	10	30	3	7	14	28
B-3	L13-MK0	m_sc	13	30	3	7	14	28
B-4	L16-MK0	m_sc	16	30	3	7	14	28

试样名称	P₁=a₁N²+b₁N+c₁ （kPa）
试样名称	系数a₁	系数b₁	系数c₁	确定系数R²
L13-MK0	0.643	-19.73	543.5	0.982
L13-MK3	0.953	-27.03	634.1	0.977
L13-MK7	1.269	-37.44	784.9	0.973
L13-MK10	1.987	-57.75	1 000.8	0.962

试样名称	P₂=a₂N²+b₂N+c₂ （kPa）
试样名称	系数a₂	系数b₂	系数c₂	确定系数R²
L13-MK0	0.281	-9.13	288.8	0.980
L13-MK3	0.300	-8.70	296.1	0.977
L13-MK7	0.343	-8.60	309.6	0.963
L13-MK10	0.487	10.58	343.6	0.960

试样名称	P₃=a₃N²+b₃N+c₃ （kPa）
试样名称	系数a₃	系数b₃	系数c₃	确定系数R²
L13-MK0	0.018	-0.525	29.36	0.985
L13-MK3	0.018	-0.523	30.29	0.982
L13-MK7	0.023	-0.666	32.60	0.977
L13-MK10	0.031	-0.886	35.97	0.959

冻融循环作用下改良灰土力学特性与孔隙特征试验研究

Experimental study on mechanical properties and pore characteristics of the modified lime mortars under freee-thaw cycles

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试样名称	R=dN+e （%）
试样名称	系数d	系数e	确定系数R²
L13-MK0	0.048	1.008	0.997
L13-MK3	0.038	0.879	0.990
L13-MK7	0.037	0.618	0.998
L13-MK10	0.032	0.329	0.992

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