基本信息
- 項目名稱：
- 廢鋼渣在地基處理中的應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目的：了解廢鋼渣與黏土的混合土材料的力學特性，為廢鋼渣在黏土地基處理中的應用提供理論依據(jù)。 方法：通過分析廢鋼渣的礦物成份、理化性能，提出了用廢鋼渣作為主要地基處理材料的設想；并且根據(jù)廢鋼渣與黏土的混合土的三軸壓縮，研究廢鋼渣及其混合物的力學特性 。結果：總結出廢鋼渣與黏土的配合比及齡期的變化對混合土力學性質影響的基本規(guī)律，廢鋼渣與黏土的混合土材料的粘聚力、內摩擦角、最大主應力差、初始彈性模量均較大，所以采用廢鋼渣對黏土攪拌壓實后，處理后的土體與自然土體相比較，可有效地提高地基的承載能力、降低基礎的沉降量。 結論廢鋼渣可以作為一種環(huán)保型地基改良材料應用到軟土地基處理中去，從而維持建筑物的長期使用性能。
- 詳細介紹：
- 本項目是研究以廢鋼渣作為建筑材料進行地基處理形式，特別是適用于墻式與柱形地基處理相結合形式下的復合地基的設計基準。主要的研究內容及擬解決的問題有： 1）明確廢鋼渣及其復合材料的力學特性，論證廢鋼渣在地基處理中的適宜性。 2）明確以廢鋼渣為主要建筑材料在復合地基中的應用，特別是墻式與柱形地基處理相結合形式下的復合地基的鉛直與水平承載機制，驗證其在控制基礎的不同沉降的有效性，最終找出地基整體的設計基準。 主要創(chuàng)新點為根據(jù)廢鋼渣的力學性質，以廢鋼渣作為地基改良材料，對基礎下部的軟土層進行整體或局部地基處理，提高地基的承載力，降低基礎的沉降量，從而維持建筑物的長期使用性能。與以往的地基處理形式不同，在本項目中，鋼渣主要用于作者所研究的墻式地基處理與柱形地基處理相結合的地基形式。根據(jù)筏板或條形地基的沉降特性，可通過調節(jié)不同位置的地基處理深度及寬度等因素，達到建筑地基的均勻沉降，保證建筑物的長期正常運行。 由于化學成分及冷卻條件不同，鋼渣外觀形態(tài)、顏色差異很大.堿度較低的鋼渣呈黑灰色, 堿度較高的鋼渣呈褐灰色、灰白色.渣塊松散不粘結, 質地堅硬密實, 孔隙較少.渣坨和渣殼結晶細密, 界線分明, 尤其是渣殼, 斷口整齊.自然冷卻的渣塊堆放一段時間后, 發(fā)生膨脹風化, 變成土塊狀和粉狀.鋼渣含水與燜渣方式和冷卻條件關系較大。 由于原礦石成分、制作工藝等原因，廢鋼渣的化學成分有所變化，其力學特性也稍有變化.根據(jù)日本廢鋼渣協(xié)會的統(tǒng)計結果，其主要化學成分為CaO、SiO2、T-Fe、MgO、Al2O3，各礦物質成份的平均含量如表1.無論是水淬高爐渣，還是制鋼渣都具有較強的水硬性.并且由于CaO的影響，與水反應，廢鋼渣的PH值可達到10-12，采用廢鋼渣進行地基處理，一方面可以提高地基承載力，同時達到基礎防腐的目的。 本實驗采用應變控制式三軸剪切滲透試驗儀,儀器的基本組成在實驗過程中，首先排除儀器中滯留氣泡，以避免對實驗準確度造成干擾，然后安裝試樣，裝上壓力室罩，注水，待壓力室內氣泡完全排盡后，關閉排氣閥.將圍壓、孔隙壓力清零，打開圍壓閥，施加圍壓σ3.待圍壓穩(wěn)定后，在不排水條件下測定孔隙水壓力，由于各組實驗中所測的孔隙水壓力均很小，約為所施加圍壓σ3的1%，故直接打開排水閥，開始施加軸向壓力，進行等應變壓縮試驗，壓縮速度取為0.4mm/min，并按試樣每產生變形量0.01mm進行讀數(shù)，當測力計讀數(shù)出現(xiàn)峰值時，剪切繼續(xù)進行，直至軸向應變超過5%為止，結束實驗. 本實驗方案中的試料采用鞍山鋼鐵公司制鋼渣與黏土混合制成。廢鋼渣與黏土的混合土材料三軸壓縮試驗根據(jù)圍壓σ3（50kPa、100kPa、150kPa）、養(yǎng)護齡期D（1d、3d、7d）、試塊的配合比（Gc100、Gc80、Gc60、Gc40）的不同進行分類（注：Gc100、Gc80、Gc60、Gc40分別代表黏土占固體材料的含量為100%80%、60%、40%）。但是考慮到黏土的蠕變特性（應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象），以及黏土受含水率影響很大等因素，所以100%純黏土只進行養(yǎng)護齡期為一天（D=1d）的三軸壓縮試驗，共計30種組合條件。由于試料顆粒組成較為均勻，具有普遍的代表性，而且經過先期試驗摸索比較，發(fā)現(xiàn)試驗的精度與可再現(xiàn)性很強，故在同一種條件下實施3組三軸壓縮試驗，總計90組試驗.本文通過對廢鋼渣與黏土的混合土材料的三軸壓縮試驗數(shù)據(jù)進行整理、統(tǒng)計，分別從主應力差、彈性模量、粘聚力c、內摩擦角φ幾方面進行分析。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- （基本思路）在本項目中，我們提出了采用廢鋼渣作為主要固化材料進行地基處理，并結合作者所研究的“筏板基礎與墻式下凹形地基改良的基礎工法”及“以筏板基礎或條形基礎與柱狀土改良相結合形式的復合地基”，通過調節(jié)不同位置的墻式或柱狀改良深度降低基礎的不同沉降量。由于改良土剛性將比樁體的剛性有所下降，同時具有較大的粘性，并且在基礎的外圍部分實行墻式淺層改良，大大提高了水平抵抗能力同時，可有效吸收地震波能量，達到免震效果。 （創(chuàng)新點）發(fā)展循環(huán)經濟是21世紀的大趨勢，是解決污染的根本之路。將廢鋼渣應用到基礎工程建設中，一方面充分節(jié)省資源，維護自然環(huán)境，同時也為我國帶來顯著的經濟效果,有利于我國資源與環(huán)境建設為。以廢鋼渣作為主要材料進行建筑物地基處理的研究，在國際上尚屬首例。通過本項目的研究，將充分明確廢鋼渣及其復合材料的基本力學性質，明確以廢鋼渣進行地基處理的復合地基的承載機制，從而找出以廢鋼渣進行地基處理的最佳施工方法及地基處理形式。其科學水平在國際上處于領先地位。 （關鍵技術及技術指標）本項目在明確地基加固材料廢鋼渣的基本物理力學特性的同時，結合地基處理的合理形式，特別是明確廢鋼渣在墻式與柱形地基處理相結合復合地基的承載機制。作者所研究的地基形式以中輕型建筑物為對象。采用廢鋼渣作為主要固化材料進行地基處理的一般形式。通過調節(jié)不同位置的柱狀改良深度降低基礎的不同沉降量。由于改良土剛性將比樁體的剛性有所下降，同時具有較大的粘性，并且在基礎的外圍部分實行墻式淺層改良，提高了水平抵抗能力。
科學性、先進性
- 以廢鋼渣作為主要材料進行建筑物地基處理的研究，在國際上尚屬首例，通過本項目的研究，將充分明確廢鋼渣及其復合材料的基本力學性質，明確以廢鋼渣進行地基處理的復合地基的承載機制，從而找出以廢鋼渣進行地基處理的最佳施工方法及地基處理形式。本項目的實施將為復合地基和環(huán)境保護的發(fā)展做出巨大貢獻。在巖土工程設計及數(shù)值計算方法等方面的理論與實踐的發(fā)展上有著重要意義。其科學水平在國際上處于領先地位，有著極高的學術價值。與樁筏基礎不同，由于本研究所提方案采用廢鋼渣進行軟土改良，改良土剛性將比樁體的剛性有所下降，同時具有相對較大的粘性及一定的壓縮性，可有效吸收地震波能量，從而達到免震效果。 研究所提方案將污染環(huán)境的廢鋼渣作為建筑材料運用到工程中去，一方面減少了環(huán)境污染，節(jié)省了堆放場地，對于改善環(huán)境有很好的效果，是環(huán)境友好型材料。另一方面，該項目達到廢物再利用的目的，將廢鋼渣代替水泥運用到建筑行業(yè)中去，節(jié)省了能源，有著極佳的經濟效果。
獲獎情況及鑒定結果
- 遼寧省“挑戰(zhàn)杯”學術作品大賽特等獎
作品所處階段
- 本項目現(xiàn)處于實驗室研發(fā)狀態(tài)
技術轉讓方式
作品可展示的形式
- 圖片 樣品 3D模型
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本研究所提方案采用廢鋼渣，石灰，水泥等與現(xiàn)場土攪拌或噴漿處理的形式進行，或直接對現(xiàn)場土進行置換，施工簡便。由于地基土改良可采用現(xiàn)場土與廢鋼渣等攪拌的形式進行，節(jié)省了現(xiàn)場廢土的運搬過程，有著極佳的經濟效果。將廢鋼渣作為建筑材料來使用，有利于改善環(huán)境，并且達到廢物再利用的效果，大大地節(jié)省資源。 另外，在我國眾多的地區(qū)存在著大范圍的深層軟土地基。采用本項目中所提的地基處理形式，可有效地控制建筑物的基礎的沉降（全沉降與不同沉降），保證建筑物的正常運行。同時在我國有多個大型鋼鐵公司，將廢鋼渣有效的應用到地基處理中，一方面可以充分節(jié)省資源，維護自然環(huán)境，同時可以為我國帶來顯著的經濟效果。 從經濟效果及環(huán)境保護等方面的要求上，采用本項目中地基處理形式，并將廢鋼渣與工程建筑相結合，在以后我國的軟土地區(qū)地基處理上有著廣泛的應用空間。結合作者研究的復合式地基形式，預計可節(jié)約基礎建造成本的30%-50%。
同類課題研究水平概述
- 對于廢鋼渣的化學成分以及其基本力學特性，國內外許多學者已經進行了許多研究，特別是日本等發(fā)達國家尤為深刻。經過研究，已對其物理力學特性有所掌握。因其具有較高的強度，所以作為路基材料以及邊坡加固等方面得以發(fā)展和應用。但由于其自身具有較大的遇水膨脹特性，同時不同類型的廢鋼渣的強度特性也有較大的區(qū)別，所以以廢鋼渣作為主要建筑材料進行結構物的地基加固還沒有得到成功的應用。在我國，將廢鋼渣作為路基材料已經得到應用，并且以廢鋼渣作為基本材料的砌塊，磚以及高強度水泥等的制作研究方面已取得一定的發(fā)展。而在發(fā)達國家，除作為路基，高強度水泥的材料以外，以廢鋼渣復合材料進行邊坡加固等方面的研究與應用也已得到較大的發(fā)展。
