石灰-紅黏土長期互饋作用機制.pdf

1、紅黏土具有天然含水量高、孔隙比大、易成團(tuán)等特點，致使其用于填筑材料時難以壓實；此外，還具有強烈的水敏性特征，極易發(fā)生吸水軟化、失水開裂等工程病害。工程建設(shè)中存在難以壓實的問題，需要添加石灰、水泥等材料處理這類特殊黏土。目前，大多關(guān)注穩(wěn)定土的即刻強度，而對其耐久性研究不夠。側(cè)重從外部影響因素，如：循環(huán)荷載、干濕循環(huán)和凍融循環(huán)等，研究穩(wěn)定土的力學(xué)性能；而對紅黏土與石灰的互饋作用較少涉及。研究和實踐表明，紅黏土與石灰的互饋作用會誘發(fā)大量工程病

2、害。因此，開展紅黏土與石灰的互饋作用具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　論文以紅黏土為研究對象，遵循試驗探索—推斷假設(shè)—試驗驗證—歸納總結(jié)的整體思路，采用宏-微觀試驗與理論分析相結(jié)合的方法，開展了石灰-紅黏土長期互饋作用機制研究。揭示了在長期堿性環(huán)境下，紅黏土膠結(jié)物質(zhì)、膠結(jié)作用和力學(xué)性能等演變規(guī)律，并對石灰-紅黏土耐久性增強方法作了初步探索。主要研究結(jié)論如下：
　　1）開展了紅黏土-堿性溶液浸泡試驗，發(fā)現(xiàn)溶液堿性越強，紅黏土膠結(jié)物

3、質(zhì)受影響的程度越大。宏觀上主要表現(xiàn)為試樣呈絮凝成團(tuán)、體積膨脹；微觀上表現(xiàn)為試樣平均粒徑變大，粒徑分布峰值由1μm向30μm轉(zhuǎn)化。
　　2）通過場發(fā)射掃描電鏡和孔徑分析試驗，獲得了紅黏土和石灰-紅黏土的微觀形貌與孔隙分布，結(jié)果表明石灰與紅黏土的相互作用，能夠減小紅黏土中孔隙體積，使紅黏土結(jié)構(gòu)更致密。
　　3）在堿液中浸泡后，熱重分析、X射線衍射等試驗結(jié)果顯示，紅黏土的微觀形貌發(fā)生改變，這不僅反映了紅黏土膠結(jié)質(zhì)物理形態(tài)的變化，也

4、證明紅黏土原膠結(jié)質(zhì)與堿液發(fā)生反應(yīng)，并被消耗，形成新的膠結(jié)質(zhì)。新膠結(jié)質(zhì)主要成分中含有富鐵堇青石和易變輝石兩種礦物。
　　4）堿性溶液浸泡下，紅黏土和石灰穩(wěn)定土的強度都能夠持續(xù)增強，且石灰-紅黏土的增幅相對較大，長期堿性環(huán)境有助于石灰-紅黏土強度的保持；酸性溶液浸泡下，紅黏土的強度變化較小，而石灰-紅黏土的強度則出現(xiàn)兩次“先升后降”的變化，該現(xiàn)象與紅黏土的成團(tuán)特性緊密相關(guān)。
　　5）普通石灰和納米石灰，對紅黏土改良的對比研究表明

5、，納米石灰更能有效增強紅黏土的耐久性。相同摻入量條件下，納米石灰土比普通石灰土孔隙體積更小、強度更高。主要原因是納米石灰比普通石灰粒徑小，更易進(jìn)入紅黏土內(nèi)部孔隙，而且納米石灰表面積比普通石灰更大，與黏土顆粒反應(yīng)時有更大的接觸面，相互反應(yīng)更為充分。
　　6）使用有限元軟件Geo-Studio中Seep/W和CTRAN模塊，模擬了堿性環(huán)境下OH-離子侵入紅黏土的過程，捕捉試樣內(nèi)部離子濃度隨時間的變化規(guī)律。計算表明，180天內(nèi)OH-離子