科研成果

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寒区木质素改良土路基关键技术与应用研究(2022年吉林省科技进步三等奖)

发布时间:2022-12-26 11:44:29


1.主要科技内容

据相关资料统计显示,中国制浆造纸行业每年要从植物中分离出0.5亿吨左右的木质素及其衍生物。截至目前为止,超过95%的木质素及其衍生物主要以“黑液”形式直接排放至江河或者浓缩后进行焚烧处理,回收利用率极低,造成了极大的资源浪费,同时严重污染了自然生态环境。因此,有机工业废渣木质素的规模化利用问题亟需解决。本项目提出消耗木质素的新思路,将木质素作为土体改良剂应用于寒区路基工程中,可大幅消耗制浆造纸行业所产生的木质素,变废为宝,同时可充分利用公路沿线或道路周边地区不良土,解决了筑路材料匮乏所导致的山体开采、取土占地等破坏生态平衡和巨额费用问题,促进生态资源的可持续发展,而且有利于提高寒区路基路用性能,减少路基路面病害,延长道路使用寿命,实现寒区道路建设的绿色可持续发展。项目主要围绕木质素改良土在寒区路基工程的应用技术展开研究,从宏观路用性能试验、微观结构测试、改良机理分析和实体工程验证等方面进行了大量的研究工作,成果达到国内先进水平。

2.技术经济指标

1)提出了木质素改良粉质黏土、粉土、粉砂土的木质素最佳掺量试验方法与设计参数,木质素的加入改善了土质路基压实性,抑制了施工现场扬尘,与水泥或石灰改良土相比,水稳性与抗冻性提高10%,消除了无机改良剂对土壤和周围环境的影响,降低工程造价5%

2)提出了木质素改良土的矿物成分、化学元素及官能团构成,得到了木质素改良土水稳性与抗冻性提高的机理。

3)设计开发了可实现路基服役性能长期监测的木质素改良土路基灾变监测系统,并成功应用于吉荒高速公路木质素改良土路基监测工程实践。

3.成果创新性

创新成果一:设计不同木质素掺量、养生龄期及冻融循环次数的试验方案,通过室内试验测试了木质素改良粉质黏土、粉土及粉砂土路基的路用性能。通过击实、界限含水率、颗粒分析、相对密度、酸碱度、导热系数、CBR、重复加载三轴、渗透系数、冻融等试验分析了木质素改良土的压实性、可塑性、粒径分布、pH值、导热性、承载能力、抗变形能力、抗渗透性及抗冻性等。

创新成果二:利用扫描电镜(SEM)观测了冻融前后木质素改良土的微观结构变化特征,并借助能谱仪(EDS)X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)分析了木质素改良土的化学元素、矿物组成及官能团构成。研究结果表明,木质素改良土中未产生新的化学元素、矿物成分及官能团,改良机理为木质素与黏土矿物间发生了离子交换、静电引力等物理作用,产生的胶结物质促使木质素改良土路基的水稳定性与抗冻性提高,为下一步深入研究木质素在寒区道路工程重大应用提供了理论基础。

创新成果三:基于GPRS无线网络技术,开发了寒区路基灾变监测与分析平台,在依托工程代表性路段埋设了沉降/冻胀计与温湿度计传感器,对路基的沉降量、冻胀量、温度、体积含水量及冻深进行了长期自动监测与数据收集处理。


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