粉煤灰基地聚物固化盐渍土的工程特性与微观机制
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碱激发剂ꎮ 粉煤灰为火电厂燃煤生产的Ⅱ级粉煤
灰ꎬ 主要化学成分见表 ３ꎮ 碱激发剂为工业水玻璃
与经济性成为阻碍相关地区基础建设的关键问题ꎻ
和氢氧化钠溶液的混合溶液ꎬ 水玻璃的 ＳｉＯ ２ 质量
描电镜试验ꎬ 得到了粉煤灰地聚物对土体抗剪强
( ＳｉＯ ２ / Ｎａ ２ Ｏ 摩 尔 比) 为 ２ １１ꎬ 氢 氧 化 钠 纯 度 为
ＤＯＩ:１０.１９８６０ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１００５－８２４９.２０２３.０１.００９
ＤＥＮＧ Ｊｉａｎｈｏｎｇ １ ꎬ ＣＨＥＮ Ｃｈａｎｇ ２ ꎬ ＡＮ Ｒａｎ ２
(１ Ｈｕｂｅｉ Ｒｏａｄ ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ ꎬ Ｌｔｄ ꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００７０ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ Ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ０ ｔｏ ６％ꎬ ｔｈｅ ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｓｏｉｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｂｙ ５ ５
ｔｉｍｅｓꎬ ａｎｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｅｘｃｅｅｄｓ ８％ꎬ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｉｇｎｏｒｅｄ Ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ ｓｈｏｗｓ ａ ｂｉｍｏｄａｌ
量的增加ꎬ 固化土的 ＭＤＤ 值和 ＯＭＣ 值逐渐增大ꎮ
另外ꎬ 固化土的压实曲线也比盐渍土的压实曲线
更加平坦ꎮ 该现象主要是由于地聚物对水分子的
吸附能力强于土颗粒ꎬ 土壤中的一部分游离水在
地聚物掺量条件下ꎬ 混合土料的最大干密度与最
渠堤坍塌等工程问题 [４－６] ꎮ 盐渍土的岩土性质对基
础工程的建设具有极为不利的影响ꎬ 在地基处理
中需要格外重视 [７] ꎮ 为了对盐碱地的地基土进行
加固处理ꎬ 很多地区使用大量水泥、 石灰和地聚
物等胶凝物质对盐渍土进行改良ꎬ 从而达到工程
性能稳定的效果ꎬ 但使用这种方法也存在经济成
土体的力学性能和细微观结构特征进行试验研究ꎬ
邓建红 １ ꎬ 陈 昶 ２ ꎬ 安 然 ２
(１ 湖北路桥集团有限公司ꎬ 湖北 武汉 ４３００７０ꎻ ２ 武汉科技大学 城市学院ꎬ 湖北 武汉 ４３００６５)
摘 要: 为探索粉煤灰基地聚物对盐渍土的加固效果ꎬ 对固化后的土体开展了力学性能和细微观结构的试
验ꎬ 从本质上揭示粉煤灰基地聚物对盐渍土的固化机理ꎮ 结果表明: 随着粉煤灰基地聚物掺量的增加ꎬ 盐渍固
本高、 环境效应差等问题 [８] ꎮ
１５ ２％ꎬ 钠离子含量为 ３８ ６％ꎬ 土体为钠基盐 渍
物ꎬ 因排放量巨大ꎬ 粉煤灰的大量堆积对生态环
土的平均 ｐＨ 值为 ７ ８ꎬ 呈弱碱性ꎮ
粉煤灰是火电厂燃煤时排出的一种固体废弃
境造成严重影响 [９] ꎮ 将粉煤灰用作硅铝质胶凝材
料ꎬ 以合成地聚物制备生态型建筑材料 [１０－１１] ꎬ 相
化土的最优干密度下降ꎬ 最优含水率上升ꎻ 当掺量从 ０ 增至 ６％ 时ꎬ 盐渍固化土的无侧限抗压强度增加了 ５ ５
倍ꎬ 而当掺量为 ８％时的强度没有明显提升ꎻ 盐渍土的孔径分布呈双峰分布ꎬ 随着地聚物掺量的增加ꎬ 孔隙体积
逐渐降低ꎻ 盐渍固化土的阳离子交换量随粉煤灰基地聚物掺量增加而提高ꎬ 且与无侧限抗压强度呈现线性相关ꎻ
２ Ｃｉｔｙ Ｓｃｈｏｏｌꎬ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００６５ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｏｎ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌꎬ ｔｅｓｔｓ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｆｉｎｅ
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ
采用矿渣和粉煤灰合成地聚物ꎬ 并对软弱土进行
固化ꎬ 通过开展力学性能测试发现ꎬ 地聚物可以
密度
/ ( ｇ / ｃｍ３ )
天然含 孔隙
水率 / ％ 率
由ห้องสมุดไป่ตู้期试验发现ꎬ 采用粉煤灰与碱性激发剂可
以制备地聚物材料ꎬ 每 １００ ｇ 粉煤灰需配置 １２ ５ ｇ
ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ ａｒｅａ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌꎻ ｆｌｙ ａｓｈꎻ ｐｏｌｙｍｅｒꎻ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎻ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
∗基金项目: 国家自然科学基金项目 ( １２１０２３１２) ꎻ 湖北省
少见ꎬ 对固化土理化性质以及微观机理的研究尚
须深入探究ꎮ
ＳｉＯ ２
４８ ５
表 ３ 粉煤灰的化学成分组成
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ
Ｆｅ ２ Ｏ ３
Ｎａ ２ Ｏ
Ｋ２ Ｏ
ＣａＯ Ａｌ ２ Ｏ ３
ＭｇＯ
１４ ７
１６ ３
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第 ３７ 卷 第 １ 期
２０２３ 年 ２ 月
Ｖｏｌ.３７ Ｎｏ.１
Ｆｅｂ. ２０２３
粉煤灰综合利用
ＦＬＹ ＡＳＨ ＣＯＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥ ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ
材料科学
粉煤灰基地聚物固化盐渍土的工程特性与微观机制 ∗
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｆｌｙ Ａｓｈ ｂａｓｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ Ｓａｌｉｎｅ Ｓｏｉｌ
塑限
/％
２８ ９
液限 膨胀
/ ％ 率/ ％
６１ ７
４３ １
/％
石英
钠长石
方解石
伊利石
蒙脱石
斜长石
其他
４８ ２
２２ ０
９ ５
６ １
４ １
３ ８
６ ３
１ ２ 粉煤灰基地聚物
高了土体的强度ꎬ 使其路用指标达到了公路设计
[１５]
１ ６２
渗透系数
/ ( ｃｍｓ －１ )
表 ２ 盐渍土的矿物成分组成
ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔꎬ ｗｈｉｃｈ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｏｎ ｓａｌｉｎｅ
ｓｏｉｌ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｓꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ
揭示粉煤灰基地聚物对盐渍土的固化机理ꎬ 旨在
为粉煤灰基地聚物在盐渍土地区地基加固提供重
要参考ꎮ
１ 试验材料
１ １ 土体的基本性质
本研究采用的盐渍土基本物理参数指标见表
１ꎻ 土样的天然密度为 １ ６２ ｇ / ｃｍ３ ꎬ 天然含水率为
１４ ６％ꎬ 为高液限、 弱膨胀性、 高渗透性土ꎬ 土样
的矿物成分见表 ２ꎮ 经测定该土的最优含水率为
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｖｏｌｕｍｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ Ｔｈｅ ｃａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ
ｓｏｉｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ａｎｄ ｗａｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ
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４８
３７ 卷
粉煤灰综合利用
材料科学
湖北省江汉平原地区存在大量盐渍土地层ꎬ 岩土
本文以江汉平原的钠基盐渍土为对象ꎬ 采用
性质十分不稳定ꎬ 对基础设施工程的建设造成重
粉煤灰基地聚物对盐渍土进行固化ꎬ 对固化后的
要危害
[１]
ꎮ 盐渍土存在有机胶、 无机胶体高度分
１０ ７
５ ４
１ ３
１ ２
/％
烧失量
１ ９
１期
４９
邓建红等: 粉煤灰基地聚物固化盐渍土的工程特性与微观机制
材料科学
渍土的 ＭＤＤ 值为 １ ５８５ ｇ / ｃｍ３ ꎬ ＯＭＣ 值为 １６ ８％ꎮ
１ ３ 试验方法
１ ３ １ 击实试验
本研究 的 控 制 变 量 为 粉 煤 灰 基 地 聚 物 掺 量ꎬ
Ｃａｇｌａ 等 [１６] 通过对粉土开展力学试验和微观结构扫
度指标的影响规律ꎬ 指出微观结构黏结力的提升
是土体力学性能增强的本质机理ꎮ 然而ꎬ 当前采
分数是 ２８ ９５％、 Ｎａ ２ Ｏ 为 １２ ９８％ꎬ 水玻璃的模数
９８ ６％ꎮ 碱激发剂中的水玻璃与氢氧化钠溶液的质
量比为 ３ ∶ ２ꎮ
用粉煤灰基地聚物对盐渍土进行固化的研究较为
１４ ６
０ ５３
提高土体的强度、 抗渗性与抗冻融性能ꎻ 陈忠清
等 [１４] 采用粉煤灰基地聚物对黏性土进行改性ꎬ 提
要求ꎻ 高昊鹏等
通过试验发现地聚物掺量是影
响土体性能的重要因素ꎬ 掺量过低达不到稳定加
固的效果ꎬ 对工程安全与耐久性不利ꎬ 掺量过高
则对工程经济不利ꎬ 如何兼顾地基加固的安全性
４ ０１×１０ －６
散ꎬ 碱化层 相 对 黏 重ꎬ 孔 隙 发 育 的 不 良 结 构 [２] ꎬ
饱和时膨胀泥泞ꎬ 风干时收缩开裂ꎬ 可压缩性高ꎬ
通透性 差ꎬ 是 工 程 界 中 一 种 广 受 关 注 的 “ 问 题
土” [３] ꎮ 采用常规条件下的盐渍土作地基、 路基土
或排水基土经 常 会 出 现 不 均 匀 沉 降、 翻 浆 冒 泥、
即质量含量ꎬ 设置 ２％、 ４％、 ６％和 ８％四种不同的
掺量ꎬ 以盐渍土为基准对照组ꎮ 采用分层击实法
制备试样ꎬ 分三层击实制备成直径 ３９ １ ｍｍ、 高度
为 ８０ ｍｍ 圆柱体土样开展击实试验ꎬ 确定在不同
固化土的 ＭＤＤ 取值范围为 １ ６５８ ~ １ ７８２ ｇ / ｃｍ３ ꎬ
ＯＭＣ 取值范围为 １６ ５％ ~ １７ ８％ꎮ 随着地聚物掺
交通运输厅科技项目 ( ＴＳ０２１００１２) ꎮ
作者简介: 邓建红 ( １９６９—) ꎬ 男ꎬ 硕士ꎬ 高 级 工 程 师ꎬ 研
究方向: 土木工程材料与施工组织设计ꎮ
收稿日期: ２０２２－０４－２９
０ 引言
随着我国 “ 一带一路” 战略布局的深入开展ꎬ
大量铁路、 公路 等 基 础 设 施 在 盐 渍 土 地 区 建 设ꎮ
ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｎ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｐｏｒｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｓｈｒｉｎｋꎬ ｔｈｅ ｃｏｈｅｓｉｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
比硅酸盐水泥胶凝材料ꎬ 粉煤灰基地聚物的 ＣＯ ２ 排
放量可下降至 ５０％ ~ ８０％ [１２] ꎮ 近年来ꎬ 地聚物在
土体加固改性领域得到了广泛应用ꎮ 王永宝等 [１３]
土ꎬ 可溶性晶体的总含量 ( ＴＤＳ) 为 ４４ ２％ꎬ 盐渍
表 １ 盐渍土的基本物理性质指标
Ｔａｂｌｅ １ Ｂａｓｉｃ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ
在盐渍土中加入粉煤灰基地聚物使土颗粒间的孔隙收缩ꎬ 黏结性和密实度增强ꎬ 进而达到固化的效果ꎮ 本研究
成果为粉煤灰基地聚物在盐渍土地区地基加固工程中的设计与施工提供了参考ꎮ
关键词: 盐渍土ꎻ 粉煤灰ꎻ 地聚物ꎻ 工程特性ꎻ 微观特征
中图分类号: ＴＵ４４８ 文献标志码: Ａ 文章编号: １００５－８２４９ (２０２３) ０１－００４７－０６
灰ꎬ 主要化学成分见表 ３ꎮ 碱激发剂为工业水玻璃
与经济性成为阻碍相关地区基础建设的关键问题ꎻ
和氢氧化钠溶液的混合溶液ꎬ 水玻璃的 ＳｉＯ ２ 质量
描电镜试验ꎬ 得到了粉煤灰地聚物对土体抗剪强
( ＳｉＯ ２ / Ｎａ ２ Ｏ 摩 尔 比) 为 ２ １１ꎬ 氢 氧 化 钠 纯 度 为
ＤＯＩ:１０.１９８６０ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１００５－８２４９.２０２３.０１.００９
ＤＥＮＧ Ｊｉａｎｈｏｎｇ １ ꎬ ＣＨＥＮ Ｃｈａｎｇ ２ ꎬ ＡＮ Ｒａｎ ２
(１ Ｈｕｂｅｉ Ｒｏａｄ ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ ꎬ Ｌｔｄ ꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００７０ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ Ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ０ ｔｏ ６％ꎬ ｔｈｅ ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｓｏｉｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｂｙ ５ ５
ｔｉｍｅｓꎬ ａｎｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｅｘｃｅｅｄｓ ８％ꎬ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｉｇｎｏｒｅｄ Ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ ｓｈｏｗｓ ａ ｂｉｍｏｄａｌ
量的增加ꎬ 固化土的 ＭＤＤ 值和 ＯＭＣ 值逐渐增大ꎮ
另外ꎬ 固化土的压实曲线也比盐渍土的压实曲线
更加平坦ꎮ 该现象主要是由于地聚物对水分子的
吸附能力强于土颗粒ꎬ 土壤中的一部分游离水在
地聚物掺量条件下ꎬ 混合土料的最大干密度与最
渠堤坍塌等工程问题 [４－６] ꎮ 盐渍土的岩土性质对基
础工程的建设具有极为不利的影响ꎬ 在地基处理
中需要格外重视 [７] ꎮ 为了对盐碱地的地基土进行
加固处理ꎬ 很多地区使用大量水泥、 石灰和地聚
物等胶凝物质对盐渍土进行改良ꎬ 从而达到工程
性能稳定的效果ꎬ 但使用这种方法也存在经济成
土体的力学性能和细微观结构特征进行试验研究ꎬ
邓建红 １ ꎬ 陈 昶 ２ ꎬ 安 然 ２
(１ 湖北路桥集团有限公司ꎬ 湖北 武汉 ４３００７０ꎻ ２ 武汉科技大学 城市学院ꎬ 湖北 武汉 ４３００６５)
摘 要: 为探索粉煤灰基地聚物对盐渍土的加固效果ꎬ 对固化后的土体开展了力学性能和细微观结构的试
验ꎬ 从本质上揭示粉煤灰基地聚物对盐渍土的固化机理ꎮ 结果表明: 随着粉煤灰基地聚物掺量的增加ꎬ 盐渍固
本高、 环境效应差等问题 [８] ꎮ
１５ ２％ꎬ 钠离子含量为 ３８ ６％ꎬ 土体为钠基盐 渍
物ꎬ 因排放量巨大ꎬ 粉煤灰的大量堆积对生态环
土的平均 ｐＨ 值为 ７ ８ꎬ 呈弱碱性ꎮ
粉煤灰是火电厂燃煤时排出的一种固体废弃
境造成严重影响 [９] ꎮ 将粉煤灰用作硅铝质胶凝材
料ꎬ 以合成地聚物制备生态型建筑材料 [１０－１１] ꎬ 相
化土的最优干密度下降ꎬ 最优含水率上升ꎻ 当掺量从 ０ 增至 ６％ 时ꎬ 盐渍固化土的无侧限抗压强度增加了 ５ ５
倍ꎬ 而当掺量为 ８％时的强度没有明显提升ꎻ 盐渍土的孔径分布呈双峰分布ꎬ 随着地聚物掺量的增加ꎬ 孔隙体积
逐渐降低ꎻ 盐渍固化土的阳离子交换量随粉煤灰基地聚物掺量增加而提高ꎬ 且与无侧限抗压强度呈现线性相关ꎻ
２ Ｃｉｔｙ Ｓｃｈｏｏｌꎬ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００６５ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｏｎ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌꎬ ｔｅｓｔｓ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｆｉｎｅ
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ
采用矿渣和粉煤灰合成地聚物ꎬ 并对软弱土进行
固化ꎬ 通过开展力学性能测试发现ꎬ 地聚物可以
密度
/ ( ｇ / ｃｍ３ )
天然含 孔隙
水率 / ％ 率
由ห้องสมุดไป่ตู้期试验发现ꎬ 采用粉煤灰与碱性激发剂可
以制备地聚物材料ꎬ 每 １００ ｇ 粉煤灰需配置 １２ ５ ｇ
ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ ａｒｅａ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌꎻ ｆｌｙ ａｓｈꎻ ｐｏｌｙｍｅｒꎻ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎻ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
∗基金项目: 国家自然科学基金项目 ( １２１０２３１２) ꎻ 湖北省
少见ꎬ 对固化土理化性质以及微观机理的研究尚
须深入探究ꎮ
ＳｉＯ ２
４８ ５
表 ３ 粉煤灰的化学成分组成
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ
Ｆｅ ２ Ｏ ３
Ｎａ ２ Ｏ
Ｋ２ Ｏ
ＣａＯ Ａｌ ２ Ｏ ３
ＭｇＯ
１４ ７
１６ ３
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第 ３７ 卷 第 １ 期
２０２３ 年 ２ 月
Ｖｏｌ.３７ Ｎｏ.１
Ｆｅｂ. ２０２３
粉煤灰综合利用
ＦＬＹ ＡＳＨ ＣＯＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥ ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ
材料科学
粉煤灰基地聚物固化盐渍土的工程特性与微观机制 ∗
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｆｌｙ Ａｓｈ ｂａｓｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ Ｓａｌｉｎｅ Ｓｏｉｌ
塑限
/％
２８ ９
液限 膨胀
/ ％ 率/ ％
６１ ７
４３ １
/％
石英
钠长石
方解石
伊利石
蒙脱石
斜长石
其他
４８ ２
２２ ０
９ ５
６ １
４ １
３ ８
６ ３
１ ２ 粉煤灰基地聚物
高了土体的强度ꎬ 使其路用指标达到了公路设计
[１５]
１ ６２
渗透系数
/ ( ｃｍｓ －１ )
表 ２ 盐渍土的矿物成分组成
ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔꎬ ｗｈｉｃｈ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｏｎ ｓａｌｉｎｅ
ｓｏｉｌ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｓꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ
揭示粉煤灰基地聚物对盐渍土的固化机理ꎬ 旨在
为粉煤灰基地聚物在盐渍土地区地基加固提供重
要参考ꎮ
１ 试验材料
１ １ 土体的基本性质
本研究采用的盐渍土基本物理参数指标见表
１ꎻ 土样的天然密度为 １ ６２ ｇ / ｃｍ３ ꎬ 天然含水率为
１４ ６％ꎬ 为高液限、 弱膨胀性、 高渗透性土ꎬ 土样
的矿物成分见表 ２ꎮ 经测定该土的最优含水率为
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｖｏｌｕｍｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ Ｔｈｅ ｃａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ
ｓｏｉｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ａｎｄ ｗａｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ
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４８
３７ 卷
粉煤灰综合利用
材料科学
湖北省江汉平原地区存在大量盐渍土地层ꎬ 岩土
本文以江汉平原的钠基盐渍土为对象ꎬ 采用
性质十分不稳定ꎬ 对基础设施工程的建设造成重
粉煤灰基地聚物对盐渍土进行固化ꎬ 对固化后的
要危害
[１]
ꎮ 盐渍土存在有机胶、 无机胶体高度分
１０ ７
５ ４
１ ３
１ ２
/％
烧失量
１ ９
１期
４９
邓建红等: 粉煤灰基地聚物固化盐渍土的工程特性与微观机制
材料科学
渍土的 ＭＤＤ 值为 １ ５８５ ｇ / ｃｍ３ ꎬ ＯＭＣ 值为 １６ ８％ꎮ
１ ３ 试验方法
１ ３ １ 击实试验
本研究 的 控 制 变 量 为 粉 煤 灰 基 地 聚 物 掺 量ꎬ
Ｃａｇｌａ 等 [１６] 通过对粉土开展力学试验和微观结构扫
度指标的影响规律ꎬ 指出微观结构黏结力的提升
是土体力学性能增强的本质机理ꎮ 然而ꎬ 当前采
分数是 ２８ ９５％、 Ｎａ ２ Ｏ 为 １２ ９８％ꎬ 水玻璃的模数
９８ ６％ꎮ 碱激发剂中的水玻璃与氢氧化钠溶液的质
量比为 ３ ∶ ２ꎮ
用粉煤灰基地聚物对盐渍土进行固化的研究较为
１４ ６
０ ５３
提高土体的强度、 抗渗性与抗冻融性能ꎻ 陈忠清
等 [１４] 采用粉煤灰基地聚物对黏性土进行改性ꎬ 提
要求ꎻ 高昊鹏等
通过试验发现地聚物掺量是影
响土体性能的重要因素ꎬ 掺量过低达不到稳定加
固的效果ꎬ 对工程安全与耐久性不利ꎬ 掺量过高
则对工程经济不利ꎬ 如何兼顾地基加固的安全性
４ ０１×１０ －６
散ꎬ 碱化层 相 对 黏 重ꎬ 孔 隙 发 育 的 不 良 结 构 [２] ꎬ
饱和时膨胀泥泞ꎬ 风干时收缩开裂ꎬ 可压缩性高ꎬ
通透性 差ꎬ 是 工 程 界 中 一 种 广 受 关 注 的 “ 问 题
土” [３] ꎮ 采用常规条件下的盐渍土作地基、 路基土
或排水基土经 常 会 出 现 不 均 匀 沉 降、 翻 浆 冒 泥、
即质量含量ꎬ 设置 ２％、 ４％、 ６％和 ８％四种不同的
掺量ꎬ 以盐渍土为基准对照组ꎮ 采用分层击实法
制备试样ꎬ 分三层击实制备成直径 ３９ １ ｍｍ、 高度
为 ８０ ｍｍ 圆柱体土样开展击实试验ꎬ 确定在不同
固化土的 ＭＤＤ 取值范围为 １ ６５８ ~ １ ７８２ ｇ / ｃｍ３ ꎬ
ＯＭＣ 取值范围为 １６ ５％ ~ １７ ８％ꎮ 随着地聚物掺
交通运输厅科技项目 ( ＴＳ０２１００１２) ꎮ
作者简介: 邓建红 ( １９６９—) ꎬ 男ꎬ 硕士ꎬ 高 级 工 程 师ꎬ 研
究方向: 土木工程材料与施工组织设计ꎮ
收稿日期: ２０２２－０４－２９
０ 引言
随着我国 “ 一带一路” 战略布局的深入开展ꎬ
大量铁路、 公路 等 基 础 设 施 在 盐 渍 土 地 区 建 设ꎮ
ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｎ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｐｏｒｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｓｈｒｉｎｋꎬ ｔｈｅ ｃｏｈｅｓｉｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｂａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
比硅酸盐水泥胶凝材料ꎬ 粉煤灰基地聚物的 ＣＯ ２ 排
放量可下降至 ５０％ ~ ８０％ [１２] ꎮ 近年来ꎬ 地聚物在
土体加固改性领域得到了广泛应用ꎮ 王永宝等 [１３]
土ꎬ 可溶性晶体的总含量 ( ＴＤＳ) 为 ４４ ２％ꎬ 盐渍
表 １ 盐渍土的基本物理性质指标
Ｔａｂｌｅ １ Ｂａｓｉｃ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓａｌｉｎｅ ｓｏｉｌ
在盐渍土中加入粉煤灰基地聚物使土颗粒间的孔隙收缩ꎬ 黏结性和密实度增强ꎬ 进而达到固化的效果ꎮ 本研究
成果为粉煤灰基地聚物在盐渍土地区地基加固工程中的设计与施工提供了参考ꎮ
关键词: 盐渍土ꎻ 粉煤灰ꎻ 地聚物ꎻ 工程特性ꎻ 微观特征
中图分类号: ＴＵ４４８ 文献标志码: Ａ 文章编号: １００５－８２４９ (２０２３) ０１－００４７－０６