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“二土”评论(二)——对《水泥土加固体的劣化特性研究进展》一文的评述(下)

2021.06.01 阅读 1012

拙文评论(一)谈及固化土劣化的三种情况:一种是水溶蚀作用导致水泥水化产物的Ca2+溶蚀进而从微结构上解体固化土,这种情况对于淡水特别是流动性淡水,劣化情况尤其突出;第二种为酸腐蚀,例如地下碳酸水,或者淤泥质土中腐殖酸等,对强碱性的水泥土,其腐蚀作用十分明显;第三种为盐腐蚀,包括物理作用的“盐胀”和化学作用的“盐蚀”,这种情况在盐渍土地区和海水环境中较为突出。

下面谈固化土劣化的其他情况。

固化土在冻融循环作用下,会发生破坏,而发生破坏的快慢和严重程度,与固化土的“水饱和度”直接相关。干燥状态的固化土,结冰产生的体积膨胀有足够多的孔隙空间来容纳,因而不会产生严重的冰胀应力而破坏固化土微结构。如果外界存在水分,在不断的冻融循环过程中,水分就会随着每次的冻融锋面逐步迁移进入固化土体内,在局部或整体土体达到水饱和时,迅速发生冻胀破坏。笔者在做博士论文时,曾系统研究过这个问题,并发现在固化土冻融过程中,不同的给水方式,会造成不同的破坏模式,有兴趣的读者可以参见拙作《固化盐渍土抗冻融性能的研究》(周永祥, 阎培渝. 固化盐渍土抗冻融性能的研究[J]. 岩土工程学报, 2007(01):14-19.)

用作路基的固化土或免烧粘土砖,往往需要考察固化土的抗冻融性能。有效阻止或减少水分进入固化土体内部,是提高抗冻性的根本途径;参照混凝土的做法,引入一定量的封闭性气孔,是否可以像混凝土那样提供固化土的抗冻性呢?这个问题似乎还没看到试验结果。当然这种固化土只能是流态型固化土可以实现,而压实型固化土则不具备引气的条件。引气往往只是增加拌合物3%-10%的含气量,如果把引气推向极端,就是泡沫固化土——通过发泡产生的气体可占固化土体积的50%-80%。这种泡沫为主的体系,抗冻性会好吗?泡沫混凝土的试验证明,由于大量气孔的存在,泡沫混凝土吸水率和渗透性较大,抗冻性也不并不理想,有的泡沫混凝土需要掺入憎水剂才能经受50次冻融循环(气冻水融法)的考验。

还有一种情况需要注意,固化土的劣化,与固化剂(胶凝材料)的组成及其水化产物有关。如果固化剂在水化硬化过程中,特别是早期产生大量的高硫型水化硫铝酸钙(AFt),在后期由于反应条件的改变,高硫型水化硫铝酸钙(AFt)可转变为单硫型水化硫铝酸钙(AFm),这将造成固化土后期强度降低(倒缩)。特别是当固化土在后期暴露在空气中,相对湿度的降低以及CO2的存在,这个AFt向AFm转化的过程会更加明显,严重的情况可能引起固化土粉化。因此,以水化硫铝酸钙为主要水化产物的固化剂(如硫铝酸盐水泥或石膏矿渣体系),更多适合于地下环境,而不适于用于暴露于大气的干燥环境。

固化土体的劣化,概而言之,一曰“水溶”,二曰“酸蚀”,三曰“盐胀或(和)盐蚀”,四曰“冻融”,五曰“水化产物失稳”。

以上五者,除了冻融外,固化土劣化多与固化剂(胶凝材料)的水化产物Ca(OH)2有关。降低胶凝材料体系的活性Ca含量,由高钙体系向中钙体系甚至是低钙体系转变,应是提高固化土耐久性的一个重要方向。因此,低钙的地聚物胶凝体系值得期待!


作者简介:

周永祥,博士/研究员,研究生导师。中国建筑科学研究院固废处置与资源化研究中心主任,国家建筑工程技术研究中心建材研究部主任,CCPA岩土稳定与固化技术分会秘书长,中国建筑学会建筑材料分会副理事长兼秘书长,中国岩石力学与工程学会岩土地基工程分会副理事长等。清华大学、北京交通大学、武汉大学、湖南大学、山东大学等校外导师。

研究方向:岩土稳定固化、混凝土及固废利用,涉及基础研究、标准规范和工程应用技术与产品开发。15801570532,xiangzizhou2006@126.com



附件一:《水泥土加固体的劣化特性研究进展》