固化盐渍土的颗粒级配与微结构参数

4.3.2　固化盐渍土的颗粒级配与微结构参数

1．含盐量对固化盐渍土颗粒级配测试结果的影响

将不同养护龄期及含盐量的石灰固化滨海盐渍土试样碾碎，过孔径74μm筛。用美国Micromeritics公司的Sedi Graph 5100型X射线自动粒度分析仪进行颗粒级配测试。重点研究10μm以下各粒组含量的变化规律。试验用六偏磷酸钠作为试样的分散剂，试验前用超声波振荡悬液20 min。固化盐渍土颗粒级配测试结果见表4.9。

表4.9　石灰固化盐渍土的颗粒级配测试结果

注: x 为粒径。

由表4.9得知，随着含盐量的增加，2μm以上的颗粒含量逐渐增加，1μm以下的颗粒含量逐渐减少，1～2μm的颗粒几乎没有变化。大颗粒增加的原因主要是1μm以下的颗粒，其比表面积相对较大，具有较强的活性，易于优先与石灰反应，形成粗大颗粒。另外，土中的盐颗粒进入水溶液中，盐溶液使细小颗粒产生絮凝作用，也导致颗粒变粗。

含盐量相同时，随着养护龄期的增加，10μm以上粒组的颗粒含量增多。此时大颗粒增多的原因主要是石灰与土经过较长时间的反应形成了较多的硅铝酸钙晶体，使颗粒间联结力进一步增强，粗颗粒增加更多。

2．含盐量对固化盐渍土微结构参数的影响

选用放大倍数为2 000倍的SEM照片，使用Leica Qwin 5000图形处理软件对照片进行分析，统计计算相关的微结构参数值。固化盐渍土微结构参数测试计算结果见表4.10，固化盐渍土微结构参数随含盐量的变化曲线见图4.11～图4.14。

表4.10　石灰固化盐渍土的微结构参数测试结果

图4.11　土的面积比随含盐量变化曲线

图4.12　土的扁圆度随含盐量变化曲线

图4.13　土的充填比随含盐量变化曲线

图4.14　土的等效直径随含盐量的变化曲线

由表4.10和图4.11～图4.14得知以下结果。

1)面积比与含盐量呈近似线性关系

面积比随含盐量的增加而增加，表明随着含盐量的增加，颗粒(包括盐颗粒)增多、孔隙则变少。养护6周时，由于石灰与土持续发生化学反应，导致土颗粒间的联结强度进一步增强，形成的粗大颗粒较多，粗颗粒间的孔隙也随之增大。所以含盐量相同时，6周养护龄期的面积比低于一周养护龄期的。

2)扁圆度与含盐量呈近似线性关系

扁圆度随含盐量的增加而逐渐减小，表明颗粒越来越趋向于长条形。在含盐量相同的情况下，6周养护龄期土颗粒的扁圆度比1周养护龄期的要小，说明养护龄期越长，石灰固化形成的颗粒越趋于长条形，而不是呈球形。石灰使得长条形的黏土矿物相互搭接成更长的长条形颗粒，而非有序的上下叠置、最终成为近似圆形的颗粒。

3)在1%含盐量以内，充填比随含盐量的增加而急剧下降

含盐量超过1%以后，充填比随着含盐量的增加则缓慢降低。但总的变化规律与扁圆度一致。说明随着含盐量的增加，颗粒越来越趋向长条形。养护龄期越长，充填比越小，长条形的颗粒也就越多。形成原因同扁圆度一致。

4)等效直径随含盐量的增加而增加，表明大颗粒逐渐增多

含盐量相同时，6周养护龄期土的等效直径大于1周养护龄期的。这与石灰能逐渐增强土颗粒间联结力的固土作用规律相一致，也与固化盐渍土的颗粒级配测试结果相吻合。1周和6周养护龄期固化盐渍土的等效直径随含盐量的变化规律基本一致，且两者间的差值较小，表明养护6周的固化盐渍土并未形成过多的粗大颗粒。

3．含盐量与颗粒粒度分维的关系

含盐量对石灰固化滨海盐渍土的颗粒粒径有明显的影响，对粒度分维同样也会产生影响。表4.11及图4.15为石灰固化不同养护龄期、不同含盐量滨海盐渍土的粒度分维值的测试结果和变化曲线。

表4.11　石灰固化盐渍土的颗粒粒度分维测试结果

随着含盐量的增加，粒度分维值越来越大，相当于土的不均匀系数在增大。含盐量为0时，土的主要粒组集中在小于2μm的区段，随着含盐量的增加，粗颗粒的粒组含量逐渐增多，使得固化盐渍土的均一化程度越来越差。含盐量相同时，养护龄期越长，石灰的固土作用越强烈，形成的大颗粒越多，粒度分维值也就越大，颗粒越来越不均一。

4．含盐量与颗粒定向分维的关系

表4.12和图4.16为石灰固化不同养护

图4.15　土的颗粒粒度分维值随含盐量变化曲线

龄期、不同含盐量滨海盐渍土的颗粒定向分维值的测试结果及变化曲线。

表4.12　石灰固化盐渍土的颗粒定向分维测试结果

图4.16　土的颗粒定向分维值随含盐量变化曲线

盐分的存在影响着土颗粒的双电层结构，也影响着土颗粒间的固化联结作用和颗粒的排列形式。含盐量小于1%，随着含盐量的增加，颗粒定向分维值逐渐增大，颗粒的定向性较差，分布杂乱;含盐量大于1%以后，随着含盐量的增加，颗粒定向分维值逐渐减小，颗粒的定向性越来越好;含盐量超过5%以后，定向分维值趋于稳定。含盐量相同时，养护龄期越长，颗粒定向分维值越大，定向性较差，颗粒排列越杂乱。

由不同含盐量固化盐渍土的微结构参数测试及分维计算，可得出以下认识。

(1)颗粒是土微结构的基本组成单元，颗粒的大小和形态决定了土的微结构形式。颗粒粒度分维、颗粒定向分维、面积比、扁圆度、充填比和等效直径成为适宜表征土微结构特征的重要参数。

(2)随含盐量增加，固化盐渍土的面积比、扁圆度、充填比和等效直径近乎呈线性变化。微结构参数的变化规律同固化盐渍土的颗粒级配测试结果相吻合。

(3)随含盐量的增加，粒度分维值逐渐增大，相当于土的不均匀系数在增大，固化盐渍土的均一化程度越来越差。随着含盐量的增加，颗粒定向分维值表现出先升、后降、再趋于稳定的变化规律。随着养护龄期的增加，固化盐渍土的颗粒定向性越来越差，颗粒排列较为杂乱，颗粒间相互嵌固咬合，固化盐渍土的强度较高，反映了石灰的固土作用在逐步增强。