再生微粉固化黄土状盐渍土的力学特性和微观机理

2022-09-06李舒洁常立君

中国粉体技术 2022年5期

李舒洁，常立君

(青海大学土木工程学院，青海西宁 810016)

青海省地势总体呈西高东低，大致呈梯形下降趋势。东部地区为青藏高原向黄土高原过渡地带，其黄土，大部分具有自重湿陷性，与其他地区黄土相比，易溶性盐含量较高。易溶性盐类的存在会对建筑物和路基工程造成严重破坏[1-2]。在实际工程中，黄土分布地区如果不考虑易溶性盐类的影响会引发工程事故[3]。掺加添加剂对盐渍土进行改良是改善盐渍土不良工程性质的有效方法之一。吕擎峰等[4-5]将水玻璃、石灰、粉煤灰掺入硫酸盐渍土中，研究发现，固化土的抗压强度能随固化剂掺量的增加而增大；柴寿喜等[6]和陈康亮等[7]通过研究含盐量对石灰固化盐渍土的强度影响，得出初始含盐量对固化土的抗压强度影响更为明显；刘诚斌等[8]和Wild等[9]采用复合矿渣胶凝材料、高炉矿渣等固化的盐渍土强度较大，水稳性较强，可以满足一般工程的地基要求；周琦等[10]用石灰、水泥、新型高分子材料SH等固化剂综合处理后盐渍土表现出较好的水稳性与抗冻性；张莎莎等[11]研究发现，掺加同配比石灰、火山灰后，盐渍土土体的强度增大，且对盐渍土强度的增长速率有加速作用；Kaniraj等[12-13]通过试验研究了水泥、粉煤灰掺量和养护龄期对固化盐渍土强度的影响关系。Atis等[14]通过研究发现，硅灰对盐渍土强度的提升有明显的效果，且固化土的强度随硅粉的增加而增大。

再生微粉(RFP)是将废弃混凝土、砌体材料等建筑垃圾进行磨碎后的极细小微粒，有造价低、易获取的优点，是一种化学性质与粉煤灰、水泥相近的固体废弃物[15-16]。王一名等[17]通过将再生微粉与粉煤灰、水泥复掺掺入青海西部的氯盐盐渍土中，认为可提高氯盐盐渍土固化强度，说明可将再生微粉应用到盐渍土的改性中，但是对于再生微粉改性黄土状盐渍土却鲜有报道。本文中以不同掺量的再生微粉作为固化剂，分别使用干掺法和湿掺法配料方式，对黄土状盐渍土进行固化，通过无侧限抗压强度试验、XRD和SEM测试，研究再生微粉固化黄土状盐渍土的可行性、最优掺量和微观机理。

1 实验

1.1 材料

表1 黄土状盐渍土基本物性指标Tab.1 Basic physical properties of loess-like saline soil

图1 黄土状盐渍土的颗粒级配累积曲线Fig.1 Cumulative curve of particle gradation of loess-like saline soil

表2 黄土状盐渍土主要理化参数Tab.2 Main physical and chemical parameters of loess-like saline soil

再生微粉取自实验室废弃混凝土试块。将混凝土块破碎，经球磨机研磨成粒径小于10 mm的再生骨料，再过孔径为0.074 mm的标准筛获得。RFP的主要理化参数见表3。

表3 再生微粉主要理化参数Tab.3 Main chemical composition of recycled micropowder

1.2 固化盐渍土制备

根据已有文献报道[18-19]，粉煤灰固化盐渍土的较优掺量为20%(质量分数，下同)，水泥的较优掺量为15%，由于RFP与粉煤灰、水泥的化学性质相似，选用掺量20%的粉煤灰和15%的水泥，分别选择不同掺量的RFP，采用干掺和湿掺2种配料方法，进行盐渍土固化。具体参数见表4。

表4 再生微粉固化盐渍土试验方案Tab.4 Test plan of regenerated micropowder solidified saline soil

湿掺法制样时，先将盐渍土与蒸馏水按照最优含水率进行配制，配制完后使用保鲜膜密封静置24 h，次日再将固化材料按照比例掺入土中搅拌均匀并迅速制样。干掺法制样时先将固化材料掺入盐渍土中后拌合均匀，再按最优含水率将蒸馏水使用喷壶喷洒入混合料中并进行拌合，拌合均匀后使用保鲜膜密封静置24 h，次日打开保鲜膜后迅速制样。

同一掺量RFP固化土的无侧限抗压强度随养护龄期变化如图4所示。由图可以看出，在同一掺量、不同养护龄期条件下，不同固化土的抗压强度都较天然盐渍土的111.4 kPa有明显提升。由于RFP具有与水泥相似的化学性质，其发生水化反应生成的水化产物具有胶凝作用，可以将土颗粒胶结在一起，因此提升了固化土的强度。RFP在前期因水化不充分，固化土强度提升较慢，但是随着养护龄期的增长，RFP水化过程的进一步加剧，固化土的抗压强度也有了明显地提高。由图4(a)可看出，各掺量固化土的抗压强度随养护龄期的增长而增大；同一龄期下，盐渍土的抗压强度随着RFP掺量的增加而增大，其中RFP掺量为15%时，在28 d养护龄期的固化土抗压强度最高，达到357.7 kPa。较同龄期下，掺量为5%、10%的固化土强度分别提高了156.1、42.9kPa。由图4(b)可以得出，盐渍土固化强度随养护龄期的增长而增大，且都在28 d处达到最大；RFP掺量为20%时，固化后土的强度达到最大397.4kPa。以上实验结果表明，养护龄期是影响固化土强度的主要因素之一。

本研究显示Lp-PLA2及hsCRP的浓度变化有助于客观有效的判定颈动脉粥样硬化的治疗效果。但样本量少，仍需更多大样本的研究。

2 结果及分析

2.1 无侧限抗压强度

2.1.1 与不同掺配法关系

RFP掺量为20%，采用干掺法配料时，由于RFP自身吸水性较强，将RFP与盐渍土拌合后加水，RFP会吸收部分水分。密封24 h后，因RFP的吸湿性导致固化土的含水率降低，从而无法脱模。采用湿掺法配料，其固化土的抗压强度较天然盐渍土的强度提升了286 kPa，如图3所示。

改革开放后，华罗庚、丁石孙、丁尔陞、曹锡华和曾如阜等5位中国数学家1980年参加了在美国伯克利举办的ICME-4，并且华罗庚在大会上作了题为“普及数学方法的若干经验”的报告，丁尔陞作了“中国数学教育简介”的报告，这是中国学者第一次亮相ICME．之后除了ICME-5之外，中国学者参加了包括ICME-6在内的以后历届ICME，并且参会人数总体上呈不断上升趋势，充分说明了中国数学教育工作者不断提高实践和研究水平并逐步融入国际数学教育的趋势．

使用干掺和湿掺法方法时，不同掺量的RFP固化盐渍土的无侧限抗压强度随养护龄期变化如图2所示。由图可以看出，2种掺配方法在不同掺量、不同养护龄期下的固化土抗压强度较天然盐渍土的都有所增加。RFP掺量为5%时，湿掺的固化强度较干掺的高，但是2种掺配方式下固化土28 d的强度分别为201.6、204.0 kPa，比天然盐渍土强度分别提高90.2、92.6 kPa，说明在掺量为5%时，干掺法和湿掺法对固化土的强度影响没有明显区别。由图2(b)、(c)可知，随着RFP掺量的增加，湿掺和干掺2种状态下的固化土的强度均随养护龄期的增长而不断增大，且湿掺的强度明显高于干掺的，说明湿掺法固化土的效果要明显好于干掺法。

岩溶地区桩基施工具有很大的不确定性，桩基施工过程中遇到的环境比较复杂，针对不同状况的溶洞处理方式应综合考虑安全性、可行性和经济性，如何选择即安全可靠，又经济合理的施工方案对于桩基施工的成败至关重要。本文介绍了溶洞的几种常规处理方法及各方法的操作要点和适用情况，对岩溶地区桩基础施工的常见问题做了分析，提出了一些有效保证在溶洞范围内成桩的具体措施，可供今后其他岩溶地质条件下桩基础施工参考。本工程岩溶区域内所有桩基均已施工完毕，桩基施工质量均满足要求。

总之，湿掺法配料方式能够使固化剂与盐渍土更加充分均匀拌合，从而可明显提高固化土的强度，同时也说明固化剂的掺配方式是影响固化土抗压强度的主要因素之一。

2.1.2 与不同养护龄期关系

试样制备完成后用保鲜膜密封包裹，放入标准养护箱中开始养护，设置温度为(20±2) ℃、相对湿度为95%。试样到达一定养护龄期后，将其取出，分别进行抗压强度试验、XRD和SEM测试。

同一养护龄期的固化土无侧限抗压强度随RFP掺量的变化如图5所示。由图可以看出，在同一养护龄期下，固化土的强度均随着掺量的增加而增大。当RFP掺量小于15%，固化土强度随掺量增加而增长的速率较快，说明随着RFP掺量的增加，水化反应的产物急剧增加造成固化土强度明显提升；RFP掺量大于15%时，固化土的强度增加的趋势逐渐变缓。

2.3.1 RFP不同掺配方式固化土成分

(3)健全权力运行制约和监督体系。在进一步完善民主监督、法律监督的基础上，应当充分发挥舆论，尤其是网络监督的作用。为此应做好如下几个方面的工作:一是建立长效的网络监督受理机制，引导公民依法、有序地进行网络监督，使网络惩腐和制度惩腐共同发力;二是设立专门机构处理网络上举报的腐败线索，规范网络举报信息的收集、处理和管理程序;三是设立网络发言人制度，并制定严格的保密措施，防止打击报复。

2.1.3 与不同固化剂掺量的关系

采用干掺法在28 d时，随着掺量的逐渐增加，掺量5%到10%、10%到15%固化土的强度分别提升了111.2、42.9kPa；采用湿掺法在28 d时，RFP掺量从5%到10%时，固化土强度增加了124.9kPa，从15%到20%时，固化土的强度增加了22.2kPa。结果说明，RFP可以和石灰、粉煤灰一样作为固化盐渍土的固化材料，并且RFP的掺量也是影响固化土强度的主要因素之一。

2.2 微观特征分析

RFP放大10 000倍的SEM图像如图6所示。由图中可以看出，RFP颗粒大小不一，表面比较粗糙，与水泥的化学性质相似，在水化反应过程中会生成具有胶凝作用的物质，具有良好的黏结力。

图6 再生微粉SEM图像Fig.6 SEM image of regenerated micropowder

不同掺量、不同掺配方式的RFP固化土在养护28 d后放大2000倍的SEM图像如图7所示。从图7(a)中可以看出，天然盐渍土的土颗粒形状以堆积的块状为主，大小不一，以边面接触或者面面接触，土体结构较为松散，土块之间孔隙较大且存在架空孔隙。从图7(b)—(f)中可以看出，掺入RFP后孔隙较未固化盐渍土的孔隙明显减少且孔隙变小。对比图7(b)和(d)、图7(c)和(e)可看出，湿掺法较干掺法对固化土的影响效果更为明显，湿掺法固化土的结构更为密实，且生成了可以将土颗粒胶结在一起的胶凝物质，而干掺法固化土的结构较天然盐渍土的更为密实，但仍存在部分小孔隙。干掺法固化土较湿掺法的产生的胶凝物质比较少。由此可知，湿掺法掺配方式使得固化剂与盐渍土能够拌合更加均匀，使得固化土体的密实度增大，进一步提升了固化土的抗压强度。对比图7(d)、(e)、(f)可知，随着RFP掺量的增加，生成可以使土颗粒粘结在一起的胶凝物质也随之增多，固化土的结构也越来越密实，其结果与前述无侧限抗压强度实验结果一致。

综上所述，RFP可以作为固化剂固化黄土状盐渍土，使用湿掺法的方式进行配料对盐渍土的固化效果更好。RFP发生水化反应生成大量的凝胶物质可通过填充和包裹，使得土颗粒间孔隙减少，部分未参与反应的细小微粉颗粒还具有物理填充的作用，使得固化土的结构更为致密，从而有效地减弱硫酸盐渍土所带来的工程危害。

2.3 X射线衍射分析

中国林产工业协会为贯彻国家标准化改革及木制品质量提升有关规定，结合人造板行业的具体情况，颁布了T/CNFPIA 3002-2018《无醛人造板及其制品》团体标准。标准编制工作自2017年6月29日启动以来，得到了全行业的高度关注，共有86家企业和单位参与了标准编制工作。标准于2018年5月1日颁布，2018年8月1日正式实施。

图8所示为天然盐渍土XRD图谱。从图中可以看出，天然盐渍土主要矿物组成成分为二氧化硅(SiO2)，除此以外，还有硫酸氢钠(Na3H(SO4)2)、氧化钙(CaO)、硅酸三钙(Ca3SiO5)、钙长石(CaO·Al2O3·2SiO2·4H2O)、片沸石(CaAl2Si6O16·6H2O)等物相存在。

图8 天然盐渍土XRD图谱Fig.8 XRD pattern of natural saline soil

图9所示为RFP的XRD图谱。从图中可以看出，RFP的主要矿物成分为SiO2，还存在碳酸钙(CaCO3)、氧化铝(Al2O3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)等矿物成分。

图9 再生微粉XRD图谱Fig.9 XRD pattern of regenerated micropowder

图10所示为养护龄期为28 d的XRD图谱。从图中可以看出，当以不同掺配方式的RFP固化盐渍土时，对比天然盐渍土的XRD图谱发现，二者均产生了水化硅酸钙(Ca5Si6O16(OH)·4H2O)、水化铝酸钙(CaO·Al2O3·10H2O)的衍射峰，但是从图中可以明显看出，湿掺法的水化硅酸钙、水化铝酸钙晶体衍射峰较干掺法的高，且湿掺法固化土的SiO2峰值比干掺法的低，说明湿掺法RFP中的大部分SiO2参与了水化反应并生成了具有胶凝作用的水化硅酸钙，且湿掺法芒硝的衍射峰低于干掺法，因此可以说明，湿掺法掺配方式较干掺法使得RFP与盐渍土的反应更加均匀充分。实验结果与无侧限抗压强度实验的一致，说明掺配方式的不同会影响固化土的强度，且湿掺法的固化效果更好。

2）职教体系建设的试点和推广。在党和国家的大力支持下，天津市成为我国现代职业教育体系建设的先行者，天津市于2005年8月与教育部正式签订了共建国家职业教育改革试验区的协议，提出要在天津试点构建“具有中国特色的现代职业教育模式”；同月，国务院出台国发〔2005〕35号文件（《关于大力发展职业教育的决定》），把构建“灵活开放、自主发展，有中国特色的现代职业教育体系。”作为发展目标。2006年3月，国家出台《国家职业教育改革试验区建设实施方案》，在天津开展试点，并把“借鉴发达国家的职业教育经验，构建具有中国特色的现代职业教育体系”作为试验的重点之一。

2.3.2 RFP不同掺量固化土的XRD分析

图11所示为RFP不同掺量下的XRD图谱。从图中可以看出，对比各个掺量固化土的SiO2峰值，SiO2的峰值随着RFP掺量的增加而降低，而水化硅酸钙、水化铝酸钙的峰值随着掺量的增加而升高，这说明RFP固化土中的SiO2发生水化反应生成了水化硅酸钙，Al2O3发生水化反应生成水化铝酸钙。由此可知，在同一养护龄期下，RFP掺量为20%时促进了水化反应生成水化铝酸钙、水化硅酸钙的速率，且反应更为完全，从而提高了固化土的强度，说明水化铝酸钙、水化硅酸钙是影响固化土抗压强度的重要因素。