磷石膏基无机保温砂浆试验研究_王玉麟

石膏对不同水泥胶凝性能的影响
孙海燕;龚爱民;彭玉林;王莘
【期刊名称】《粉煤灰综合利用》
【年(卷),期】2011(000)005
【摘要】石膏是水泥体系的一个重要组分,而不同的石膏对不同的水泥体系的影响也是相当复杂的.本文采用二水石膏和煅烧石膏对不同的水泥体系进行较系统的试验,并从机理上分析不同石膏类型及掺量对不同水泥体系的影响,研究结果表明,不同类型和掺量的石膏对不同水泥体系的增强作用是不同的,同时煅烧石膏比二水石膏更大程度地降低了水泥体系的流动度,优化后的石膏掺量以6.5％为佳,二水石膏与煅烧石膏以4∶6复掺为佳.
【总页数】5页(P19-23)
【作者】孙海燕;龚爱民;彭玉林;王莘
【作者单位】云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明650201;云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明650201;云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明650201;云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明650201
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.04
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710300591.8(22)申请日 2017.04.27(71)申请人 湖北昌耀新材料股份有限公司地址 443112 湖北省宜昌市夷陵区龙泉镇钟家畈村11组(72)发明人 吴赤球　水中和　杨新峰　孙涛　吕伟　赵士豪　陈浩然　(74)专利代理机构 重庆中之信知识产权代理事务所(普通合伙) 50213代理人 涂强(51)Int.Cl.C04B 22/14(2006.01)C04B 103/12(2006.01)(54)发明名称一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂及其制备方法，包括混合在一起的改性硫酸盐、早强组分和促凝组分；其中制备改性硫酸盐按照百分比为50％～70％、1～3％、1％～7％和25％～40％分别取磷石膏、高炉粒化矿渣、碱性激发剂和水在球磨机中湿磨，再陈化，得混合料浆与明矾、磷渣、煅烧白云石在马弗炉中煅烧，待冷却后将煅烧产物在球磨机中干磨，制备早强组分通过复配无水硅酸铝、无水硫铝酸钙、硫酸铝和硅酸二钙，将制备好的改性硫酸盐、早强组分和早强组分混合得一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂。

本发明公开了一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂及其制备方法，有效固化了磷石膏中的缓凝杂质，提高早期强度。

权利要求书1页 说明书7页CN 107056115 A 2017.08.18C N 107056115A1.一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂，其特征在于：包括混合在一起的改性硫酸盐、早强组分和促凝组分；其中改性硫酸盐重量百分比为20％～70％，早强组分重量百分比为10％～60％，促凝组分重量百分比为10％～45％。

2.根据权利要求1所述一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂，其特征在于：所述改性硫酸盐包括磷石膏、高炉粒化矿渣、碱性激发剂、明矾、磷渣、煅烧白云石。

第42卷第12期2023年12月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.12December,2023水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究屈俊童1,栾凯钰1,浦钧翔1,王文彬1,龙宁波2(1.云南大学建筑与规划学院,昆明㊀650504;2.黄河水利委员会,郑州㊀450053)摘要:为了研究水泥-磷石膏的综合改良对昆明滇池地区泥炭质土动力特性的影响效果,基于前期已有的室内试验成果,对掺入不同含量水泥和磷石膏的改良泥炭质土进行室内动三轴试验,重点研究了其动力响应和强度特性在不同围压㊁加载频率㊁掺量㊁固结比㊁动应力幅值条件下所受的影响,分析了N =6振级下的滞回曲线变化规律以及XRD 测试结果㊂研究表明,经改良后的泥炭质土动力特性有极大的变化㊂在仅掺入水泥作为主改良剂的基础上,刚度和弹性得到一些提升㊂之后加入磷石膏作为外加剂,二者综合作用下的提升效果更加明显,抗变形能力显著提升,土体能量消散能力降低,滞回曲线有明显向纵坐标轴偏转的趋势㊂由此说明相较于水泥的单一作用,水泥-磷石膏的复合作用对改良泥炭质土的土体刚度和弹性有着更加显著的提升作用,极大地提升了抗震性能,改良后的泥炭质土可以更好地应用于相关的实际工程㊂关键词:泥炭质土;水泥-磷石膏;固化剂;动力特性;滞回曲线中图分类号:TU411㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)12-4427-11Dynamic Characteristics of Cement-Phosphogypsum Improving Peaty SoilQU Juntong 1,LUAN Kaiyu 1,PU Junxiang 1,WANG Wenbin 1,LONG Ningbo 2(1.School of Architecture and Urban Planning,Yunnan University,Kunming 650504,China;2.Yellow River Conservancy Commission,Zhengzhou 450053,China)Abstract :In order to study the effect of cement-phosphogypsum comprehensive improvement on the dynamic characteristics of peaty soil in Dianchi area of Kunming,the laboratory dynamic triaxial test of improved peaty soil with different content of cement and phosphogypsum was carried out based on the previous laboratory test results.The effects of dynamic response and strength characteristics under different confining pressures,loading frequencies,dosages,consolidation ratios anddynamic stress amplitudes were mainly studied.The hysteresis curve change law at N =6vibration level and the results of XRD test were analyzed.The results show that the dynamic characteristics of improved peaty soil change greatly.On the basis of separately adding cement as the main modifier,the stiffness and elasticity have been slightly improved.After adding phosphogypsum as an admixture,the combined effect is more obvious,the deformation resistance is improved significantly,the energy dissipation ability of soil is reduced,and the hysteresis curve has an obvious tendency to deflect to the longitudinal axis,which indicates that compared to the single action of cement,the composite action of cement-phosphogypsum has a more significant improvement effect on the soil stiffness and elasticity of the improved peaty soil,greatly improving the seismic performance.The improved peaty soil can be better applied to relevant practical engineering.Key words :peaty soil;cement-phosphogypsum;curing agent;dynamic characteristic;hysteretic curve 收稿日期:2023-07-26;修订日期:2023-09-25作者简介:屈俊童(1978 ),男,博士,教授㊂主要从事岩土工程及工程抗震的研究㊂E-mail:979061625@通信作者:浦钧翔,硕士研究生㊂E-mail:1561185471@ 0㊀引㊀言泥炭质土是一种由大量植物残体在适宜气候㊁温度㊁缺氧等条件下,经过复杂的生物㊁物理和化学作用沉积㊁碳化而成的特殊土体[1]㊂存在于土体中大量未分解的植物残骸使泥炭质土具有较大的孔隙结构和海绵状结构,因此泥炭质土的物理性质较差,主要体现在有机质含量占比大㊁含水量大㊁强度低㊁压缩性强㊁固结慢㊁渗透性低等方面[2]㊂在昆明滇池附近区域广泛分布着泥炭质土层,由于其特殊的力学性质,给昆明市的4428㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷基础设施建设工程带来了很大的困难,类似于建筑物不均匀沉降㊁沉降时间长㊁地基失稳破坏等问题时常发生[3]㊂特别是以地铁㊁隧道等轨道交通为代表的地下建设工程,仅考虑静载下的土体受力状态不能满足实际工程需要,通常需要重点考虑受地震或周围物体共振影响所引发的动荷载问题[4]㊂为了更好地解决泥炭质土中存在的工程问题,可以将土体进行改良处理,达到提升性能的目的㊂土体改良的方法有很多种,例如机械致密㊁排水等考虑物理性质方面的改良法,或者掺入固化剂等考虑化学性质方面的改良法㊂在实际的工程建设应用中,最常见且有效的改良方法就是化学改良法,将某些材料加入土体之中,使其和土体发生化学反应,提高土体的力学性质,例如将石灰㊁水泥㊁沥青㊁粉煤灰㊁氢氧化钠㊁微生物等相对经济实用的材料作为土体的化学改良剂[5]㊂现如今国内外众多学者都对泥炭质土的固化改良和动力特性做了一定的研究㊂谢宝琎等[6]通过压实试验㊁无侧限抗压强度试验分析了滇池泥炭质土的工程特性,并研究了在不同水泥掺杂量下水泥改良泥炭质土无侧限抗压强度的变化㊂Wong等[7]利用高岭土㊁复合硅酸盐水泥㊁氯化钙和硅砂等材料对泥炭质土进行固化试验,测量了无侧限抗压强度和渗透率,发现掺入质量分数为10%的高岭土能够使改良后的土体强度提升30%左右㊂蒋卓吟等[8]使用不同配比的水泥㊁固化剂和建筑渣土进行泥炭质土的改良研究,得出可以通过加入建筑渣土和延长养护时间的方法来得到所需的固化效果的结论㊂张文豪等[9]利用水泥和高钙粉煤灰作为添加剂对滇池地区的泥炭质土进行改良研究,得到了混合掺料的改良效果要优于单一材料的结论,且质量分数为6%的水泥和12%的高钙粉煤灰为最佳配比㊂朱云强等[10]采用不同掺量的水泥和玄武岩纤维对滇池地区的泥炭质土进行改良处理,进行了室内动三轴试验,研究了不同水泥掺量和固化剂对改良泥炭质土滞回曲线的影响㊂商拥辉等[11]探究重载列车动载作用下路基的动力特性,通过使用水泥对膨胀土进行改良,并对路基改良土的动力特性进行分析,试验结果表明,当水泥质量分数为5%和3%的改良膨胀土分别作为路基基底与以下路堤填料时,改良膨胀土路基可以满足动强度稳定要求和动变形要求㊂段俊彪[12]对水泥及石灰改良土填料动力特性进行分析,通过采用振动三轴试验,分析了水泥及石灰改良土的动力特性,试验结果表明,改良后土体的动强度要低于静强度,石灰改良土和水泥改良土的动静比差别较大㊂段自侠[13]在动三轴试验基础上,根据 H-D 模型,对泥炭质土滞回曲线㊁动弹性模量㊁动剪切模量进行了定量分析,提出了泥炭质土回归拟合方程㊂根据前人的研究结果可知,水泥作为改良剂普遍应用于土体中,但单掺水泥的改良效果往往不如复掺添加剂的效果,通常需要依赖两种以上的改良剂相互作用才能得到理想的效果㊂一般需要将改良后的土体进行相关试验,测定其强度及变性特性,最终得出合适的配比方案,才能够应用于亟待解决的工程问题㊂本文以昆明滇池地区泥炭质土为研究对象,根据已有的室内静三轴试验结果,在单掺水泥的基础之上,添加了磷石膏作为外加剂进行改良,根据不同的配比制作试样,进行室内动三轴试验和XRD测试,研究了土体在不同围压㊁加载频率㊁掺量㊁固结比㊁动应力幅值条件下改良前后的动力变化特点,以及微观视角下不同水泥-磷石膏掺量下的结构特点,为改良泥炭质土(下文简称改良土)在公路㊁隧道等实际工程应用提供了一定的参考价值㊂1㊀实㊀验1.1㊀试验材料泥炭质土广泛分布在滇池区域,且主要是湖积相,分布广泛且土层较厚,水㊁矿物质㊁有机质是泥炭质土的主要成分㊂本次试验所用土样为昆明市西山区滇池周边某小区项目基坑土㊂由于现实条件的限制,以及原状土取样难度较大,保存方式较为严格,本次试验采用的是扰动后的土样,取土深度在11~14m㊂取土后再依据‘土工试验方法标准“(GB/T50123 2019)[14]对所取土样进行基础物理性质试验,结合国内外学者研究和标准规范得出其物理性质,如表1所示㊂从改良效果㊁经济多方面综合考虑,试验选用425号硅酸盐水泥作为泥炭质土改良试验的主改良剂,水泥的化学成分和物理力学性能分别如表2㊁表3所示㊂磷石膏作为外加剂,产自云南镟淦科技有限公司㊂依据‘石膏化学分析方法“(GB/T5484 2012)[15]对磷石膏进行相关指标测定,试验所用磷石膏的成分如表4所示㊂第12期屈俊童等:水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究4429㊀表1㊀泥炭质土的物理性质Table1㊀Physical properties of peaty soilMoisture content/%Wet density/(g㊃m-3)SpecificgravityOptimum moisturecontent/%Organiccontent/%Air dryingmoisture content/%Maximum drydensity/(g㊃m-3)Void ratio260.810 1.144 2.10047.20048.36037.6000.786 1.670表2㊀水泥的化学成分Table2㊀Chemical composition of cementComposition Loss SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO Cl-SO3Other Mass fraction/% 3.31024.9908.260 4.03051.420 3.7100.043 2.510 1.727表3㊀水泥的物理力学性能Table3㊀Physical and mechanical properties of cementItem Specific surfacearea/(m2㊃kg-1)Initial settingtime/minFinal settingtime/minFlexural strengthin3d/MPaCompressivestrength in3d/MPaStandard valueȡ300ȡ45ɤ600ȡ3.5ȡ17.0Tset value358172234 5.527.2表4㊀磷石膏的成分Table4㊀Composition of phosphogypsumComposition P2O5Ph Cl-CaO MgO F-SO3Fe2O3Al2O3Moisture content Mass fraction/%0.0040 5.08000.022031.84000.32000.003640.30000.05500.0620 6.48001.2㊀试验仪器和试样制备采用英国制造的GDS(global digital systems)动三轴仪,该仪器具有自动施加负荷㊁测量变形和采集数据等特点,可以准确测量轴向压力㊁围压㊁试样应变和孔隙水压力等数据,具有较高的稳定性和精度,能够确保试验的可靠性和准确性㊂1)击实成形:按照压实方法,首先进行试样的准备工作㊂选择最优含水率配制重塑土样,取一定质量的风干土样,将其均匀地放置在托盘中,以47.2%的含水率,向土样喷洒无气水,将其混合均匀,然后用保鲜膜封好,于室内静置24h以上㊂根据‘水泥土配合比设计规程“(JGJ/T233 2011)[16]的要求来配制改良剂,根据水灰比,量取计算好的水㊁水泥和磷石膏,混合搅拌为均匀改良剂混合浆体,然后将静置24h的重塑泥炭质土与改良剂混合浆体拌和均匀,最终制成规格为直径50mm㊁高100mm的标准样㊂根据‘水泥土配合比设计规程“(JGJ/T233 2011)[16],当确定水泥为主改良剂时,外加剂磷石膏的用量利用式(1)计算㊂m a=0.01a a m c(1)式中:m a为外加剂的质量,kg;a a为外加剂的掺量,%;m c为水泥的质量,kg㊂2)饱和处理:①将试样放在饱和容器中,在顶口涂抹凡士林,保证装置密封性,并且用保鲜膜来密封装置;②启动装置,使内部压强在规定范围内持续2h以上;③在完成抽气过程后,将进水开关打开,让无气水进到装置中,此过程中保持仪表板上数值不变;④在无气水水面高于试样2cm的时候,关掉设备的全部开关,让导流管接触到空气,然后再打开进水的阀门,让空气流入装置,然后放置24h以上㊂根据段自侠[13]的试验方法,对试样贴滤纸条㊂之后把试样放到动三轴仪上,利用高级加载模块,设定围压㊁反压以及时间,在每次增压后的反压体积保持恒定的情况下,视为本阶段已达到饱和,且保证围压比反压大20kPa,在这时要检查高级加载模块中B的数值(孔压增加值/围压增加值),其达到0.95及以上可视为饱和,否则就会进行下一步的加压,直到B的数值满足要求为止㊂3)试样固结:利用高级加载模块设定固结过程㊂当反压饱和之后,保持反压恒定,将分级加载固结压力㊂按照每级25kPa加压,每个阶段的固结压力设定加压时间为20min㊂固结稳定标准为:在5min之内孔4430㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷隙水压力没有变化的情况下,可视为完成固结;偏压固结中5min内轴向应变小于0.005则视为完成固结[17]㊂1.3㊀试验方案根据前期已进行的改良土单掺试验㊁静三轴室内试验,可以得出以下结论:1)通过制备改良土试样,进行了单掺试验无侧限抗压强度分析,确定了质量分数20%为水泥的基准配比㊂2)磷石膏的掺入可明显提高改良土的强度,当磷石膏掺量由0%提高至15%(质量分数,下同)时,对改良土的强度有明显的提高㊂而在磷石膏掺量由15%提高至30%的过程中,强度的增率降低,水泥-磷石膏改良土所对应的无侧限抗压强度大致表现出线性增加趋势,改良土的无侧限抗压强度增长效率相对较大,确定磷石膏最佳掺量为30%㊂3)由静三轴试验结果可知,主应力差表现出脆性破坏特征,水泥和水泥-磷石膏掺量为15%时更符合试验结果分析,没有发生明显脆性破坏,主应力差也相比其他掺量更大,当掺量超过15%时,曲线开始从 应变硬化型 向 应变软化型 转变㊂此次动三轴试验主要研究水泥改良土和水泥-磷石膏改良土的动力滞回特性,所以需综合考虑多个因素,对于如何选择合适的试验参数,标准[14]和规程[18]中并无明确的解释与规定,本文便基于已有的理论与实践,选择合适的试验参数㊂结合上述结论和试验变化规律,考虑水泥和磷石膏的配比情况,动三轴试验方案如表5㊁表6所示㊂表5㊀水泥改良土动三轴试验方案Table5㊀Dynamic triaxial test scheme for cement improving soilTest number Cement massfraction/%Confiningpressureσ3c/kPaConsolidationratio K c Frequencyf/HzAmplitude of dynamicstressσd/kPa Test terminationcondition110100 1.001 215100 1.001 315100 1.002 415100 1.003 515100 1.251 615100 1.501 715150 1.001 815200 1.001 920100 1.001The initial dynamic stress amplitude is25kPa,and then it is loadedstep by step,each stage increases by5kPa,each stage is vibrated12times,and the maximum dynamic stressis50kPaThe maximum dynamicstress is achieved,orthe axial strain is5%or the loadingcycle is5000表6㊀水泥-磷石膏改良土动三轴试验方案Table6㊀Dynamic triaxial test scheme for cement-phosphogypsum improving soilTest number Cement-phosphogypsummass fraction/%Confiningpressureσ3c/kPaConsolidationratio K c Frequencyf/HzAmplitude ofdynamic stressσd/kPa Test terminationcondition110100 1.001 215100 1.001 315100 1.002 415100 1.003 515100 1.251 615100 1.501 715150 1.001 815200 1.001 920100 1.001The initial dynamic stress amplitude is25kPa,andthen it is loaded step bystep,each stage increasesby5kPa,each stage isvibrated12times,and the maximum dynamic stress is50kPaThe maximum dynamicstress is achieved,orthe axial strain is5%or the loadingcycle is50002㊀结果与讨论动三轴试验的数据量相对较多,为了方便研究,每组试验分别选取相对稳定振级和N=6振级研究不同试验控制条件下滞回曲线变化规律㊂第12期屈俊童等:水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究4431㊀2.1㊀不同围压的影响水泥掺量为15%时,在三种围压作用下水泥改良土的滞回曲线如图1所示㊂由图1可知,在相同动力荷载条件下,水泥改良土滞回圈的长轴斜率随试验围压的增加而增加㊂滞回圈整体向纵坐标轴方向旋转,即在相同的动力荷载水平下,水泥改良土的最大轴向应变随试验围压的增加而变小,而滞回圈的形态则随试验围压的增加而变得更窄,所形成的区域面积更小㊂当试验围压增加至150kPa 时,水泥改良土的刚度特性和弹性特性有比较显著的增大,在相同等级的动力荷载下,土体的变形量也有所变小㊂水泥-磷石膏掺量为15%时,在三种围压作用下水泥-磷石膏改良土的滞回曲线如图2所示㊂由图2可知,在相同动力荷载条件下,水泥-磷石膏改良土滞回圈的长轴斜率随试验围压的增加而增大,同时滞回圈整体朝着纵坐标轴方向旋转,即在相同的动力荷载水平下,水泥-磷石膏改良土的最大轴向应变和试验围压呈负相关,滞回圈所围成的面积与试验围压呈负相关㊂在相同动力荷载作用下,水泥-磷石膏改良土的变形量减小㊂说明围压对于改良土的动力性质有所影响,在一定范围内随着围压增加,试样的内部约束力会增强,从而极大地限制了在动力荷载下土体细微裂隙的产生,土体所能够承受的应力和自身的刚度会大大增加,对外界的能量耗散也会减少㊂图1㊀频率1Hz 下不同试验围压下水泥改良土滞回曲线Fig.1㊀Hysteretic curves of cement improving soil under different test confining pressures with frequency of 1Hz 图2㊀频率1Hz 下不同试验围压下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.2㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different test confining pressures with frequency 1Hz2.2㊀不同加载频率的影响试验围压为100kPa,水泥掺量为15%时,水泥改良土在三种加载频率作用下的滞回曲线如图3所示㊂由图3可知,当加载频率达到2Hz 之后,滞回曲线的形状几乎不受加载频率的影响㊂这是由于将水泥添加到泥炭质土中之后,土体的物理化学性质发生变化,使土体的刚度得到极大的提升,这样在较高的加载频率作用下,所产生的振动和循环作用几乎不会对土体产生影响㊂同时可以看出,加载频率从1Hz 增加到2Hz 时,滞回曲线围成面积急剧减小,且继续增加时,面积大小几乎不受影响㊂试验围压为100kPa,水泥-磷石膏掺量为15%时,水泥-磷石膏改良土在三种加载频率作用下的滞回曲线如图4所示㊂由图4可知,当加载频率较高时,水泥-磷石膏改良土滞回曲线变化与水泥改良土规律相似,在加载频率作用下,水泥-磷石膏改良土滞回圈受影响较小,随着加载频率的增大,水泥-磷石膏改良土滞回曲线的长轴斜率略有增大,滞回圈的面积在某种程度上缩小㊂同时可以看出,在逐渐增大的荷载频率下,水泥-磷石膏改良土的弹性㊁刚度都有一定的提高,而水泥-磷石膏改良土的消耗能量能力则有一定的下降,但下降幅度很小,说明加载频率对复合改良土强度的影响微乎其微,在一定条件下可优先考虑其他因素的影响作用㊂4432㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图3㊀不同加载频率下水泥改良土滞回曲线Fig.3㊀Hysteretic curves of cement improving soil under different loadingfrequencies 图4㊀不同加载频率下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.4㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different loading frequencies2.3㊀不同掺量的影响围压和加载频率一定时,水泥改良土在10%㊁15%㊁20%掺量下的滞回曲线如图5所示㊂由图5可知,不同水泥掺量的水泥改良土的滞回曲线有显著变化,当水泥掺量增加时,水泥改良土的滞回曲线明显朝着纵坐标轴方向旋转,特别是从10%到15%过程中,旋转变化最大,水泥掺量越多,滞回圈围成面积明显越小㊂同时可以看出,水泥掺量增多,水泥改良土刚度和弹性有较大提高,消耗能量能力显著下降,轴向应变逐渐减小,在水泥掺量为15%的情况下,土体抗变形能力得到了很大的提高㊂围压和加载频率一定时,水泥-磷石膏改良土在10%㊁15%㊁20%掺量下的滞回曲线如图6所示㊂由图6可知,水泥-磷石膏改良土滞回曲线变化规律与图5相似,在相同动力荷载下,当水泥-磷石膏掺量增加时,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线朝纵坐标轴方向显著旋转,围成面积显著变小㊂可以看出,当水泥-磷石膏掺量增加时,土体弹性和刚度提高较大,消耗能量能力显著降低,同水泥改良土相比,低掺量下的水泥-磷石膏改良土土体抗变形能力也可以显著提升㊂这表明在土体中加入少量的复合剂就能达到预期的强度要求,能够更加节约成本㊂图5㊀不同掺量下水泥改良土滞回曲线Fig.5㊀Hysteretic curves of cement improving soil under differentdosages 图6㊀不同掺量下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.6㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different dosages 2.4㊀不同固结比下滞回曲线的变化掺量㊁围压和加载频率一定时,水泥改良土在1.00㊁1.25㊁1.50固结比影响下的滞回曲线如图7所示㊂由图7可知,随着固结比增大,水泥改良土的滞回曲线朝着纵坐标轴略微偏转,斜率有增大趋势,水泥改良土的刚度也会随之增大,水泥改良土滞回曲线的动应力幅值基本不变,而动应变幅值有所降低,表明水泥改良土的变形与固结比呈负相关㊂同时可知,当固结比增大时,水泥改良土滞回曲线围成面积减小,表明土体的能量消散能力降低㊂第12期屈俊童等:水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究4433㊀掺量㊁围压和加载频率一定时,水泥-磷石膏改良土在1.00㊁1.25㊁1.50固结比影响下的滞回曲线如图8所示㊂由图8可知,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线变化规律与图7相似,在相同动力荷载下,随着固结比的增大,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线轻微向纵坐标轴方向旋转,水泥-磷石膏改良土滞回圈围成面积逐渐减小㊂可以看出,随着固结比的增大,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线的偏应力幅值大致一致,但动应变幅值却有所降低,表明水泥-磷石膏改良土的变形与固结比呈负相关㊂此外,当固结比增大时,水泥-磷石膏改良土滞回圈围成面积减小,表明随着固结比的增大,土体的能量消散能力降低,规律基本和水泥改良土规律相似,动应变相应减少㊂图7㊀不同固结比下水泥改良土滞回曲线Fig.7㊀Hysteretic curves of cement improving soil under different consolidationratios 图8㊀不同固结比下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.8㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different consolidation ratios2.5㊀不同动应力幅值下滞回曲线的变化在掺量为15%㊁围压为100kPa 条件下,水泥改良土在不同固结比㊁加载频率和动应力幅值下的滞回曲线如图9~11所示㊂对比可知,不同动应力幅值下水泥改良土的滞回曲线形态相似,仅仅是偏应力和动应变幅值不同㊂当动应力幅值增大时,土体的偏应力㊁应变幅值也相应增大,表明土体的变形将随动应力幅值的增大而增大,说明一定范围内不同动应力幅值对于土体的影响较小,可承受的最大应力范围和应力幅值在此次试验中呈正相关趋势变化,在解决实际工程问题时可参考变化规律来制定土体参数㊂在掺量为15%㊁围压为100kPa 条件下,水泥-磷石膏在不同固结比㊁加载频率和动应力幅值下的滞回曲线如图12~14所示㊂图9㊀σ3c =100kPa㊁K c =1.00㊁f =1Hz 条件下水泥改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.9㊀Hysteretic curves of cement improving soil atdifferent dynamic stress amplitudes under the conditions of σ3c =100kPa,K c =1.00and f =1Hz 图10㊀σ3c =100kPa㊁K c =1.25㊁f =1Hz 条件下水泥改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.10㊀Hysteretic curves of cement improving soil atdifferent dynamic stress amplitudes under the conditions ofσ3c =100kPa,K c =1.25and f =1Hz4434㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图11㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.00㊁f=2Hz条件下水泥改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.11㊀Hysteretic curves of cement improving soil at different dynamic stress amplitudes under the conditions of σ3c=100kPa,K c=1.00and f=2Hz图12㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.00㊁f=1Hz条件下水泥-磷石膏改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.12㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil at different dynamic stress amplitudes under the conditions ofσ3c=100kPa,K c=1.00and f=1Hz图13㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.25㊁f=1Hz条件下水泥-磷石膏改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.13㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improvingsoil at different dynamic stress amplitudes under theconditions ofσ3c=100kPa,K c=1.25and f=1Hz图14㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.00㊁f=2Hz条件下水泥-磷石膏改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.14㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improvingsoil at different dynamic stress amplitudes under theconditions ofσ3c=100kPa,K c=1.00and f=2Hz ㊀㊀对比可知,不同动应力幅值下水泥-磷石膏改良土的滞回曲线形态相似,且和水泥改良土规律相似㊂具体来说,偏应力和应变的幅值与动应力幅值呈正相关,说明土体的变形会随着动应力幅值的增大而增大,相比水泥改良土,动应变范围相对较小,整体的结构稳定性较好,在同等动应力幅度下自身应变较小,受动力荷载作用后变形更小,针对振动等特定动力条件,可设置一定参数来满足其抗震施工要求㊂2.6㊀微观机理分析土体微观结构的研究主要针对土体内部孔隙的大小㊁形状以及土颗粒或孔隙的分布情况㊁空间排列情况㊁接触关系等,通过对土体微观结构进行分析,可以进一步印证试验所得结论,从微观角度分析试验结果㊂目前,X射线衍射分析是研究物质微观结构的一种主要方法,通过采用XRD来对分析不同配比下水泥-磷石膏改良土的微观结构,结合上述宏观对比试验来分析其改良性能效果㊂利用ΧRD测试仪器制备测试所需试样的步骤如下:首先,取制备并养护7d后的20%水泥改良土和20%+15%㊁20%+30%㊁20%+45%水泥-磷石膏改良土试样;接着,将试样放入电热鼓风干燥箱以60ħ低温干燥至恒重;最后,经破碎后取中间试样,放入研钵研磨,研磨成能过300目(48μm)筛的粉末㊂通过水泥改良土㊁水泥-磷石膏改良土试样的XRD谱可以得到材料的成分㊁材料内部原子或分子的结构或形态等信息,将试样的XRD谱与已知结构物质的标准PDF卡片进行对比,可以得到土样中含有的物质成。