载荷-冻融-盐侵耦合作用下砒砂岩复合土耐久性机理研究

We aim to develop a new kind of economical,practical and environment-friendly building material called Pisha sandstone cement composite soil which is based on the mineral composition and the structure of Pisha sandstone in different areas and colours by making full use of industrial wastes enriched in the area around Erdos and importing appropriate type and amount admixtures properly.According to the investigation of the water quality in heavily polluted areas and severe cold weather disasters in Erdos Plateau,the elastoplastic damage deterioration prediction model and the constitutive relation model of the Pisha sandstone cement composite soil will be established,the structural damage evolution and deterioration law in the harsh environment of this kind of composite soil will be discovered,and then the best ingredient ratio of this composite soil will be determined,by using the theories of plastoelasticity,composite material mechanics and random damage mechanics both by studing the characteristic changes of mechanical mechanism,engineering properties and microstructure changes in this composite soil under the influence of freeze-thaw cycles,salt attack in drying-wetting cycles,loading and multi-factor coupling,so that the durability and the actural life of Pisha sandstone cement composite soil can be improved and Pisha sandstone can be widely used practically.

根据不同地域、不同颜色砒砂岩矿物组成、结构构成，充分利用鄂尔多斯附近地区富集的工业废料，并恰当引入适宜品种和适量外加剂等，开发经济实用新型环保的建筑材料—砒砂岩复合土。结合鄂尔多斯高原严寒气象灾害和污染严重区域水质的调查，研究砒砂岩复合土在冻融循环、干湿交替盐侵、载荷作用以及多因素耦合作用下力学机理、工程特性和微观结构变化特征，运用弹塑性力学、复合材料力学和随机损伤力学等理论，建立砒砂岩复合土的本构关系模型及弹塑性损伤劣化预测模型，揭示砒砂岩复合土在严酷环境下结构损伤演化过程和劣化规律，确定砒砂岩复合土成分的最佳配比，提高砒砂岩水泥复合土耐久性和使用寿命的有效性，切实使砒砂岩能够得到广泛的应用。

项目以内蒙古鄂尔多斯高原松散砒砂岩为研究对象，利用鄂尔多斯市毗邻的呼和浩特市、包头市的钢铁厂、热电厂、矿产开发等产生的大量固体废弃物，研制了新型绿色环保建筑材料—砒砂岩水泥复合土。项目结合岩土力学、岩石力学、建筑材料等相关理论，通过试验和理论分析相结合的方法，借助X射线衍射、同步热分析、傅里叶红外光谱等确定了砒砂岩的元素构成及矿物组成。首先以硅酸盐水泥作为胶凝材料，通过不同水泥掺量、龄期的砒砂岩水泥土的无侧限抗压强度试验及三轴试验，得到了砒砂岩水泥土反复冻融作用下粘聚力、内摩擦角、抗剪强度、抗压强度等力学性能的变化规律。在此基础上，通过添加玄武岩纤维、煤粉炉粉煤灰、循环流化床粉煤灰、偏高岭土、钢渣粉等固体废弃物替代水泥，采用高温、碱激发等多手段制备砒砂岩水泥复合土。通过无侧限抗压试验、三轴试验等探究固体废弃物对复合土力学性能影响，建立了砒砂岩水泥复合土应力-应变本构关系；同时借助XRD、光谱-热分析、扫描电镜等对砒砂岩复合土生成物质及结构的监测，验证了各固体废弃物的加入对砒砂岩改性效果；借助超景深、核磁共振及压汞试验等对其微观孔隙进行定量分析，确定了固体废弃物对砒砂岩水泥复合土细观、微观孔隙变化的影响规律，揭示了其对砒砂岩水泥复合土性能的改变的内在机理。同时结合当地气候特点及实际环境，对砒砂岩水泥复合土在冻融循环、干湿交替、盐侵以及多因素耦合作用下力学强度、微观结构进行定量分析，确定了固体废弃物在固化砒砂岩中所起到的本质作用；运用弹塑性力学、复合材料力学和随机损伤力学等理论，从能量的角度确定了砒砂岩复合土在严酷环境下结构损伤演化过程和劣化规律，进而确定了不同固体废弃物下砒砂岩复合土的最佳配比和养护条件。由于项目开展了大量科学试验，获得了详实的实验数据，为充分发挥砒砂岩水泥复合土力学性能，提高砒砂岩水泥复合土耐久性，实现砒砂岩在工程中的合理利用提供理论依据。