基于水分转化模型的淤泥固化机理研究

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1、河海大学博士学位论文基于水分转化模型的淤泥固化机理研究姓名：张春雷申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：朱伟20070619摘要疏浚工程中会产生大量的疏浚淤泥，固化方法可以有效的将废弃淤泥转化为土资源进行使用。针对淤泥固化机理难以定量研究的问题，本文提出从水分转化的角度对水泥加固淤泥的固化机理进行研究。具体研究内容如下：(1)淤泥固化过程中的水分转化规律研究。研究首先对水泥加固淤泥的特点进行了分析，提出将固化淤泥和水泥水分产物中的水分划分为自由水、结合水和矿物水，并以土水结合势能pF>7．0作为矿物水的划分，以pF3．8"-7．0作为结合水的划分。通过对三种淤

2、泥在不同水泥量和不同龄期固化过程中矿物水和结合水的测定，分别建立了淤泥固化过程中随水泥量和龄期增加的水分转化模型。模型表明，水泥在固化淤泥过程中，首先与淤泥串低势能的自由水进行反应，将淤泥中的自由水转化为水泥水化产物中的矿物水和结合水。水化产物中的矿物水量可以用来表征结晶态水泥水化产物的量，水化产物中的结合水量可以用来表征凝胶态水泥水化产物的量。(21固化淤泥力学性质研究。对三种淤泥在不同水泥量和龄期下固化后进行了无侧限抗压强度试验、等向压缩试验和固结不排水三轴剪切试验。通过试验明确了固化淤泥的强度、变形、破坏模式、抗剪强度参数、变形系数、结构屈服应力、等向压缩系

3、数、固化淤泥孔隙比等指标随水泥量和龄期的变化规律。基于对力学性质的分析，提出了水泥加固淤泥过程的强度来源于水泥水化产物的胶结、填充和骨架支撑作用。(3)水分转化量与固化淤泥力学性质的关系。通过将水泥固化淤泥中水化产物中的矿物水量和结合水量与力学性质指标的定量分析，提出了结晶态水化产物对强度一直有贡献，而凝胶态水化产物的量当值比较低时，对强度贡献作用较低，增加到一定量时对强度起主导作用。当两种水化产物的量都比较低时，固化淤泥不具有明显的强度。关键词：淤泥、固化、机理、矿物水、结合水、水分转化——llI．——AbstractLargeamountofdredgedma

4、terials(DM)mayproduceindredgingprojects，solidificationmethodcantransferittousefulsoilresourceeffectively,Astothedifficultiesforquantitativelymechanismstudy,anewmethodwasproposedtostudythesolidificationmechanismfromwastertransferangle．Theparticularcontentincludes：(1)watertransferrulest

5、udyduringcementtreatedDM．Thech啪cteris矗csofcementsolidificationWasanalyzedfirstly,awaterphasesclassificationmethodwasproposedtoclassifywater嬲freewater,boundwaterandhydrationwaterinsolidifieddredgedmaterialandcementhydrationresultants．Thesoil—watersuctionpotentialindexpFvaluewagusedtOcl

6、assifysoilwater,whenpFvaluehigherthan7．0，thewaterishydrationwater．WhenpFvalueliesbetween3．8and7．0，thewaterisboundwater．ThroughthehydrationwatercontentandboundwatercontentdeterminationofdifferentcementandcuringtimeforthreeDMs，twowatertransfermodelswerebuilteachfordifferentcementcontent

7、anddifferentcuringtime．nlewatertransfermodelsshowcementreactsfirstlywithfreewater,thereactionCantransferfreewatertohydrationwaterandboundwaterincementhydrationresultants．Thehydrationwaterincementhydrationresultantsmaybcusedtoindicatethecontentofcrystallizedhydrationresultants，whilethe

8、bound