砒砂巖體潰散機理及砒砂巖改性材料試驗研究.pdf

1、砒砂巖遇水潰散的特性造成了內蒙古砒砂巖地區(qū)嚴重的水土流失。為了治理當?shù)氐乃亮魇Ш痛龠M植被的恢復，需要采用淤地壩和植被固沙相結合的措施對其進行治理。而該地區(qū)地形千溝萬壑導致交通極度不便，大規(guī)模從外面運進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的壩身材料和過水材料，同時對改性材料的性能及影響因素展開了詳細的研究?；谂皫r改性技術，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?shù)匦藿艘蛔⌒陀俚貕?，初步實現(xiàn)砒砂巖改性材料的資源化利用。本文的主要研究內容和得到結論如下所示:
　　(1)通過材料分析方法明確了砒砂巖的礦物組成和結構組成。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）等膠結物所構成的顆粒支撐滲透式結構，在此基礎上建立起砒砂巖的三元結構物理模型，為砒砂巖的進一步研究奠定基礎。
　　(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差且膠結物大部分為膨脹粘土礦物（膠結力不足以約束膨脹作用），并利用膠結指數(shù)和潰散指數(shù)評價了砒砂巖的膠結性能和潰散性能。結合三元結構物理模型及潰散試驗，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增強改性的方法。
　　(3)結合復合材料強度理論及土體的強度理論推導出砒砂巖強度的數(shù)學模型（fP=K×Pg×fg+2C×（1-Pg）tan(45°+ψ/2)），

4、為砒砂巖增強膠結改性提供理論基礎。通過向砒砂巖中加入適量的游離氧化物提高膠結指數(shù)和采用陽離子交換技術抑制膨脹輔助進一步降低潰散指數(shù)，實現(xiàn)對砒砂巖的膠結增強改性，研制出價格低廉、綠色無污染且性能滿足要求（抗壓強度大于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化特性及規(guī)律，提出砒砂巖加速風化及激活改性方法。將砒砂巖中粘土弱膠結礦物（蒙脫石和綠泥石等）、部分鈉長石、部分鉀長石和添加

5、的礦粉轉化為耐水高強膠凝物質（水化硅鋁酸鈣、沸石和Si-Al膠體等），實現(xiàn)對砒砂巖的膠結增強改性。采用試驗證實砒砂巖加速風化改性技術的可行性，并初步研制出砒砂巖改性過水材料，其最高抗壓強度為46MPa、軟化系數(shù)到達0.95。改性過水材料的反應產(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)在砒砂巖加速風化及激活改性方法的基礎上，通過對砒砂巖進行高溫煅燒以及添加適量表面活性劑，提高了漿體的流動性，實