腐殖酸诱发固化淤泥土耐久性劣化研究

The dredged silt with the character of high production/big storage and fast increasement, has hindered the environment protection/ economic development and social progress. Dredged silt is transferred into engineering filling material by solidification technology, which has promoted the utilization as resources of silt. The humic acid is released by the microbe degradation, which will erode and degrade the solidified silt, and finally restrict the large-scale application of the solidified silt. With an eye to the solidified silt durability degradation induced by the humic acid, with an integrated utilization of micro-meso-macro scope test and theoretic derivation, this project tries to cognize the humic acid occurrence model in the combined action of microbe degradation releasing and solidification production consuming from the view of increasing-decreasing balance; attempts to catch the humic acid erosion behavior in the combined action of humic acid sustained intervention and persistent erosion; finally based on the concept of damage mechanics , combined with stress damage behavior character, this project constitute the humic acid damage evolution function, proceeding to found the erosion-stress coupled constitutive model, in order to realize the evaluation in quantization for the durability degradation induced by humic acid. The research result will expand the solidified soil durability research domain in theory ,and supply technology support for the healthy service of solidified silt filling engineering in application.

疏浚淤泥具有产量大、库存多、增速快等特点，严重制约环境保护、经济发展和社会进步。固化技术将疏浚淤泥转化为工程填料，促进淤泥的资源化利用。腐殖酸在微生物降解作用下持续的释放，对固化淤泥土造成持续的侵蚀和劣化，限制了固化淤泥土的规模化应用。本项目着眼于腐殖酸诱发的固化淤泥土耐久性劣化问题，综合应用微细宏观试验和理论推导的方法，尝试从消长平衡的视角，认识微生物降解释放和固化产物中和消耗共同作用下，腐殖酸的赋存模式；试图从动态发展的角度，捕捉腐殖酸持续介入和侵蚀反应持续进行共同作用下，腐殖酸的侵蚀行为；最后采用损伤驱动的概念，结合应力损伤行为特征，构建腐殖酸损伤演化方程，进而建立固化淤泥土的侵蚀-应力耦合本构模型，以实现腐殖酸诱发耐久性劣化的量化评价。研究成果将：在理论上拓展固化土耐久性的研究范畴；在应用上为固化淤泥土填筑工程的健康服役，提供技术支撑。

淤泥中含有的有机质会逐步降解而释放腐殖酸，对固化淤泥造成侵蚀，导致固化淤泥劣化，进而影响填筑工程的稳定和安全。本项目综合应用力学试验分析、物理化学测试分析和微细观结构分析的手段，对腐殖酸诱发固化淤泥耐久性劣化的源头（腐殖酸赋存模式研究）、过程（腐殖酸侵蚀行为研究）和结果（劣化特征评价研究）等进行了全面的分析。腐殖酸赋存模式研究结果表明，胡敏酸和富里酸的含量比较接近时，胡敏酸和富里酸同时参与中和反应；其中任何一种腐殖酸含量相对较低时，该腐殖酸退出中和反应，其含量持续增加，增加到一定程度时再重新介入中和反应而持续消耗；富里酸主要在低碱性环境消耗，而胡敏酸主要在高碱性环境消耗。腐殖酸侵蚀行为研究结果表明，腐殖酸的侵蚀行为可以分为3个阶段：第一阶段，在水化硅酸钙外壳内侧，胡敏酸和富里酸同时与固化产物发生中和反应；第二个阶段，中和反应仍然发生于水化硅酸钙外壳的内侧，主要是富里酸在低碱性环境下参与反应；第三个阶段，水化硅酸钙外壳破裂，胡敏酸与外侧的氢氧化钙直接接触而发生中和反应。胡敏酸相对于富里酸对强度损失更加敏感，但是富里酸控制着水化硅酸钙外壳的破裂，进而控制着强度发展转折点的出现。劣化特征评价研究结果表明：1）添加12%水泥、3%石灰和一定含量的偏高岭土的固化淤泥，养护至120天出现劣化转折点。2）冻融循环和干湿循环对固化淤泥的损伤源于淤泥团粒而逐步传递到固化骨架，虽然二者的损伤机制不同，但是最终的损伤结果都表现为淤泥团粒之间、淤泥团粒与固化骨架之间的复杂的裂隙。研究成果从源头上明确了固化淤泥中腐殖酸包括富里酸和胡敏酸的产生和消耗的复杂规律，从根本上揭示了腐殖酸持续侵蚀固化淤泥的精确机制，从应用的角度对不同固化材料和不同环境作用下固化淤泥的劣化特征做出了准确的评价。研究成果为含有机质淤泥的固化提供了全过程的控制技术，将极大地促进固化淤泥的规模化应用。