马文华

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

虽然国内外在许多固化剂加固土壤的固化机理和耐久性方面已经做了大量研究，也取得了很多研究成果，但有关PAM固化剂应用的研究很少，其微观特性尚不明确。故，本文重点围绕PAM固化剂进行研究，结合现场试验对PAM固化土体的微观特性进行分析，对实现防止水土流失又能恢复生态环境的坡面防护具有重要意义。

1 红外光谱

1.1 试验目的

红外光谱分析是物质结构分析的重要方法，主要用于有机官能团的定性检测和半定量分析。

1.2 制样方法

1.2.1配土方法

(1)素土：按照设计干密度和含水率称取相应的干土和水，充分拌合。

(2)固化土样：将PAM固化剂按照干土质量的0.2%、0.3%、0.4%先与干土均匀拌合后，按照含水率17.5%配制土样，再均匀拌合。

土样拌合完成后，密封静置12h，水分充分迁移均匀后，进行制样。

下坠的感觉真好，甚至比有钱还要惬意。此刻我一无所有，名下所有资产都捐给了孤儿院里那些失去母亲的女孩子们。

1.2.2制样

将静置完成的土样分4层装入模具内压实，分层厚度分别为20mm、10mm、10mm，压实完成。

(1)直接取PAM固化剂用KBr压片法进行红外光谱测试。

(2)采用上述制样方法，分别制备PAM固化剂掺量为0.2%、0.3%、0.4%的PAM固化土体，待自然风干后，取适量的样品采用KBr压片法进行红外光谱测试。

1.3 试验结果

图1为PAM固化剂和PAM固化土体的红外光谱图。

(a)PAM固化剂红外光谱图

(b)PAM固化土体红外光谱图图1 红外光谱图

由图1(a)可知，3354cm-1、3452cm-1处的吸收峰为酰胺中的-NH-键，1164cm-1处为NH2的吸收峰；2925cm-1处出现C-H键的吸收峰，此处为聚丙烯酰胺中的-CH-、-CH2-分子链中的C-H键；1604cm-1处的吸收峰为酰胺中的羰基(-C=O)。PAM固化剂链式结构很有利于对土颗粒的加固。由图1(b)可知，PAM固化剂中1604cm-1、3452cm-1处的吸收峰依然存在，表明PAM固化剂的吸收峰较强，没有完全被土体覆盖，且没有新的官能团产生。

2 元素分析

2.1 试验目的

元素分析是测试有机物中C、H、N、O、S等元素含量，测试仪器为Elementar公司的Vario EL型元素分析仪，主要测试PAM固化剂中C、N、H 3种元素的含量。

2.2 试验结果

直接取适量PAM固化剂用于测试，其元素含量如表1所示。由表可知：PAM固化剂中C元素的含量较多，H元素含量较少，C、N、H 3种元素质量占比超过60%。

表1 不同固化剂的元素含量分布表

3 X射线粉末衍射

3.1 试验目的

X射线粉末衍射是物相定性分析的重要手段，主要对样品含有的矿物进行测定。本试验主要用于测试PAM固化土体中所含有的矿物元素。

3.2 制样方法

制作PAM固化剂的不同掺量的固化土体，将制作好的试样放入烘箱中烘干，用研钵将固化土体研磨成没有颗粒感的粉末，在载玻片内压片制成测试试样。试验仪器为荷兰PANalytical公司的X/Pert3 PRO型X射线粉末衍射仪。

3.3 试验结果分析

固化土体和素土的XRD图谱如图2所示。

图2 PAM固化土体的X射线粉末衍射图谱

由图2可知：(1)SiO2的衍射峰很强，说明含有大量二氧化硅，同时出现钙长石CaAl2Si2O8·4H2O的特征衍射峰，土壤内含有石英、长石等矿物；含有较明显的高岭石Al2Si2O5(OH)4的衍射峰，是长石和其他硅酸盐矿物蚀变的产物，而且含有硅酸钙Ca2SiO4和铝酸钙Al2CaO4等矿物质是花岗岩的重要组成成分。由此可知，该土壤主要含有石英、长石、花岗岩等矿物。

(2)PAM固化剂土体没有新的衍射峰出现，说明未产生新的矿物，但是不同矿物的衍射峰的峰强稍有区别。

4 比表面积

4.1 试验目的

比表面积测试是测定微孔、中孔等材料的表面积和孔结构特性。所用仪器为美国Micrometric公司的ASAP 2020M。制备方法同红外光谱试验。

4.2 试验结果分析

固化土体的比表面积测试结果如表2所示。

表2 PAM固化土体的比表面积结果 m2/g

由表2可知，PAM固化土体的比表面积随着掺量的增加而减少。固化剂起到了团聚土颗粒的作用，增强了土颗粒间的粘结力，使得土颗粒排列更为紧密，实现了对土体的加固。

5 扫描电镜

5.1 试验目的

扫描电镜是形貌分析的重要手段，本试验主要是观察土壤加固后土壤结构的变化，测试各固化土体和耐久性试验后固化土体的形貌变化，以研究固化剂的固化方式、掺量和耐久性试验对固化土体形貌的影响。

5.2 制作试样

将制作的固化土样自然风干后，取适量固化土样，掰断取较平整的新鲜断面，用导电胶上粘贴在样品台上，用吸哑球除去表面的扰动颗粒，得到较为完整的试样；对试样表面进行喷金处理，即为观测断面，进行电镜扫描。试验仪器为日本Hitachi公司的S-4800型场发射扫描电子显微镜。

5.3 扫描电镜结果分析

图3为素土PAM固化土体的SEM结果。

(a)素土(×500)(b)P-0.2%(×3500)

(c)P-0.3%(×3000)(d)P-0.4%(×3000)

由图3可知：

(1)素土试样孔隙较为发达，土颗粒间主要通过压实作用和微弱的毛细水作用连接在一起，但这种连接力较为微弱，并不能将土体连接成一个整体。

(2)PAM固化剂附着于土颗粒的周围，形成网状结构，增强了土颗粒间的粘结力，从而增强固化土体的强度。随着固化剂掺量的增加，这种粘结作用越明显，固化土体的强度越强。

6 结论

(1)PAM固化剂链式结构有利于对土颗粒的加固，吸收峰较强，且没有完全被土体覆盖，与土体结合后并未生成新的物质。

(2)PAM固化剂中C、N、H 3种元素质量占比超过60%，其中C元素的含量较多，H元素含量较少。

(3)该土壤主要含有石英、长石、花岗岩等矿物。PAM固化剂土体没有新的衍射峰出现，说明未产生新的矿物，而且不同矿物的衍射峰的峰强稍有区别。

(4)PAM固化土体的比表面积随着掺量的增加而减少，说明PAM固化剂可以增强土颗粒间的粘结力，使得土颗粒排列更为紧密，实现了对土体的加固。

(5)PAM固化剂附着于土颗粒的周围，形成网状结构，增强土颗粒间的粘结力，从而增强固化土体的强度。随着固化剂掺量的增加，这种粘结作用越明显，固化土体的强度越强。