固化盐渍土的浸水试验与干湿循环试验

5.5.2　固化盐渍土的浸水试验与干湿循环试验

1．固化土的饱水试验

1)石灰、水泥、SH固土剂固化土

固化盐渍土饱水后，它的强度、含水率、TDS(溶液中所含溶解的盐分总量)等指标发生了变化。详见表5.22和图5.29～图5.36。

表5.22　固化盐渍土饱水时间、饱水能力模拟试验结果

图5.29　石灰固化盐渍土强度随饱水时间变化

图5.30　石灰固化盐渍土含水率和TDS与饱水时间关系

图5.31　水泥+石灰固化盐渍土强度随饱水时间变化

图5.32　水泥+石灰固化盐渍土含水率和TDS与饱水时间关系

图5.33　SH固土剂+石灰固化盐渍土强度随饱水时间变化

图5.34　SH固土剂+石灰固化盐渍土含水率和TDS与饱水时间关系

图5.35　SH固土剂+水泥+石灰固化盐渍土强度随饱水时间变化

图5.36　SH固土剂+水泥石灰固化盐渍土含水率和TDS与饱水时间关系

上述4种固化盐渍土的强度、含水率和TDS随饱水时间变化规律基本相同。保温保湿养护30 d的试样经过室内自然风干60 d后，含水率从最优含水率(15.21%)降至2.6%～3.9%，处于干燥状态。TDS的变化范围为2.11～3.51 g/L。就强度而言，处于干燥状态的4种固化盐渍土的强度很高且差别不大，达到3.185～3.770 MPa。将试样置于人工盐水浸泡1 d后，含水率升至15.2%～18.9%，TDS降至1.83～2.11 g/L，而4种固化盐渍土的强度分别降低了56.7%、40.8%、49.5%和41.2%。随着饱水时间的延长，固化盐渍土的含水率逐渐上升，TDS和强度稳步降低，最终均趋于稳定。饱水10 d后，含水率为18.3%～20.9%，TDS为1.27～1.50 g/L，强度分别为1.099 MPa、1.941 MPa、1.325 MPa、2.197 MPa，各自降低了65.5%、48.5%、60.6%、41.6%。

比较上述4种固化盐渍土的强度，水泥－石灰固化土高于石灰固化土。掺入1.5% SH可以使石灰固化土饱水10 d后强度提高20.6%，水泥－石灰固化土则提高13.2%。

分析石灰类固化盐渍土随饱水时间增长强度损失较大有以下原因。

一方面，石灰能吸收水分形成含水晶格，由胶体逐渐成为结晶体，即

这种晶体相互结合，并与土颗粒结合形成空间结构网，干燥状态下具有较高强度，但这种晶体

是不稳定的，具有一定的溶解度。浸水后，部分晶体溶解，土体结构遭到破坏，强度也会明显降低，而掺加少量水泥或SH可以有效改善石灰固化土的水稳性。

另一方面，盐分在干燥时以固态结晶盐形式存在于土中或填充于孔隙中，均起着胶结土颗粒的作用。浸水后，TDS的降低说明土中固态结晶盐迅速溶解于周围水中，结构破坏，强度相应降低。

2)石灰、粉煤灰、SH固土剂固化土

石灰、粉煤灰、SH固土剂固化土水稳定性试验结果见表5.23，由试验数据绘制的强度、TDS和电导率随饱水天数的变化如图5.37、图5.38和图5.39所示。

表5.23　石灰、粉煤灰、SH固土剂固化土浸水试验结果

注:TDS指单位溶液中溶解的固体总质量，对盐渍土来说，主要指溶液中所含溶解的盐分总量。

图5.37　固化土的无侧限强度随饱水天数的变化

试样浸水1 d，无侧限抗压强度急剧下降，质量则明显增大，TDS和电导率则变化不大，SH+二灰固化土抗压强度为0.722 MPa，比二灰固化土大0.157 MPa。浸水2 d后，试样强度反而开始增大，质量基本不变，可能有以下2个原因。

(1)经过1 d的浸水，试样吸水已经基本完成，试样基本饱和，即使将试样仍然浸泡于水中，试样抗压强度也不会受到太大的影响;

(2)试样养护7 d后即进行自然风干，含水率显著减小，石灰与粉煤灰之间的火山灰反应不完全，风干28 d后将其浸于水中，火山灰反应重新开始进行，引起强度增大。

由于盐分浓度的差别，土中盐分以离子形式(如Cl^－，K⁺，Na⁺)不断地向稀溶液即蒸馏水中运动，土中易溶盐不断减少，浸水到第6 d的TDS和电导率降至最低。此后变化较小，TDS和电导率随饱水天数的变化曲线趋于平缓，且最终两种固化土TDS和电导率基本相同。强度曲线在浸水16 d左右也趋于平缓，试样浸水23 d后，质量增加率相差不大，SH固土剂+二灰固化土强度损失率稍大，但SH固土剂+二灰固化土最终抗压强度为1.338 MPa，仍比二灰固化土大9.9%。

图5.38　固化土的TDS随饱水天数的变化

图5.39　固化土的电导率随饱水天数的变化

2．干湿循环试验

1)石灰、水泥、SH固土剂固化土

固化盐渍土试样在毛细作用下“吸入”水槽中的人工盐水，盐分随毛细水进入试样，此过程称为吸湿过程;吸湿后的试样又通过蒸发和风干作用散失水分，盐分也聚积在试样表面，形成一层盐壳，此过程称为风干过程。4种固化盐渍土经15次干湿循环后的试验结果见图5.40～图5.42。

图5.40　石灰固化盐渍土无侧限抗压强度随循环次数变化

图5.41　固化土的干湿循环试验过程

(a)吸湿过程(b)风干过程

图5.42　经15次干湿循环后的固化盐渍土

(a)石灰固化盐渍土(b)水泥+石灰固化盐渍土

(c)SH固土剂+石灰固化盐渍土(d)SH固土剂+水泥+石灰固化盐渍土

各种固化土经干湿循环后的抗压强度、含水率和TDS变化情况见表5.24和图5.43～图5.49。

表5.24　固化盐渍土干湿循环模拟试验结果

图5.43　石灰固化盐渍土含水率和TDS与循环次数关系

图5.44　水泥+石灰固化盐渍土强度随循环次数变化

图5.45　水泥+石灰固化盐渍土含水率和TDS与循环次数关系

图5.46　SH固土剂+石灰固化盐渍土强度随循环次数变化

图5.47　SH固土剂+石灰固化盐渍土含水率和TDS与循环次数关系

图5.48　SH固土剂+水泥+石灰固化盐渍土强度随循环次数变化

图5.49　SH固土剂+水泥+石灰固化盐渍土含水率和TDS与循环次数关系

试验结果表明，处于干燥状态的4种固化盐渍土强度很高，分别达到3.46 MPa、3.69 MPa、3.32 MPa和3.73 MPa。经过1次干湿循环，强度分别降低了40.6%、36.3%、41.9%和42.1%。随着干湿循环次数的增加，含水率和TDS均稳步增长并趋于稳定，强度逐渐下降。15次干湿循环后，4种固化盐渍土强度分别降至1.212 MPa、1.923 MPa、1.374 MPa和1.962 MPa，强度损失率分别为65%、47.9%、58.6%和47.4%，同时，TDS则较初始状态提高3.4～4.6倍，含水率维持在15%左右。

综上所述，从水稳定性效果看，水泥类固化盐渍土优于石灰类固化盐渍土，掺加SH的固化盐渍土优于普通固化盐渍土。

2)石灰、粉煤灰、SH固土剂固化土

为模拟毛细水上升过程，在水槽中加盐水，加至透水石顶面以下2 mm处。盐水是为了模拟滨海地区高矿化度水环境。盐水为人工配制，浓度为3.5%，即将取自长芦盐场的粗盐洗去杂质烘干，取35 g溶于1 000 mL蒸馏水，配成盐溶液。保持水槽平稳，然后将试样置于透水石上，在负孔隙压力作用下，试样通过透水石从水槽中吸入盐水。

试验以d为单位，从0到23 d，期间不同步将各类固化土取出6个试样，擦干试样表面附带的水分，称量试样的质量，然后测定试样无侧限抗压强度。保留已经进行过无侧限抗压强度试验的试样，将其碾碎烘干，取50 g土放入烧杯中，加入蒸馏水200 g，充分搅拌，静置至澄清，测试溶液的电导率TDS。

二灰类固化土的抗压强度、质量、TDS和电导率随浸水天数的变化见表5.25和图5.50～图5.52。

无论哪种固化土，试样吸水1 d后，质量增加很多，强度下降较明显。这是由于粉煤灰颗粒比较均匀，级配不良，孔隙比较大，击实后的孔隙比在1.3左右所致。

二灰固化土毛细现象明显，吸水23 d后，TDS达到4.60 g/L，电导率达到9.28μS/cm。毕竟SH固土剂掺加量有限，SH固土剂+二灰固化土毛细水现象也较明显，吸水23 d后，TDS和电导率分别为4.24 g/L和8.50μS/cm。试验完成后，两种固化土强度损失率数值和质量增加率数值基本相同，但SH固土剂+二灰固化土强度线始终位于二灰固化土之上，强度相对较高。

试验过程中发现，风干后的试样顶面出现隆起、膨胀和凹凸不平等现象，尤其以盐渍土试样最为严重。滨海盐渍土中氯盐结晶时，体积变化较小，但在干旱季节，温度升高，由于毛细作用携带易溶盐从地下上升，当水分蒸发后，盐分在地表聚集结晶，会引起路基次生盐渍化、路面的不规则变形、沥青面层起皮、脱落、网裂和坑洼等病害。

表5.25　固化土的无侧限抗压强度、质量、TDS和电导率随浸水天数的变化

图5.50　固化土的无侧限抗压强度随浸水天数的变化

图5.51　固化土的TDS随浸水天数的变化

图5.52　固化土的电导率随浸水天数的变化