改良劑改良鹽漬土性能的研究綜述

何芳 劉莉 李雪梅 薛家儒 馬志鵬

(寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021)

鹽漬土作為一種特殊土，是指易溶鹽含量大于0.3%，并具有溶陷、鹽脹、腐蝕等工程特性的巖土［1］。固相中含有結(jié)晶鹽，液相中含有鹽溶液，強(qiáng)度和變形特性具有自己的特點(diǎn)。在我國分布著大片的鹽漬土，隨著耕地減少，人口壓力增大，改良鹽漬土的性能，加快鹽漬土地區(qū)的開發(fā)建設(shè)，減少其工程危害性，日益引起人們的廣泛關(guān)注。

1 我國鹽漬土成因與分布

我國鹽漬土面積(3630.53×104)hm2，占全國可利用土地的4.88%［2］。鹽漬土的成因主要受兩方面影響，一是當(dāng)?shù)氐匦巍夂蚝退牡刭|(zhì)等自然因素影響;二是人類的活動(dòng)加重土地鹽漬化。根據(jù)鹽漬土的成因，我國鹽漬土從沿海到內(nèi)陸均有分布。主要分為以下幾區(qū):1)干旱、半干旱及極端干旱地區(qū)。如寧夏銀川平原、青海柴達(dá)木盆地、新疆塔里木盆地、吐魯番盆地等;2)沿海鹽分較高地區(qū)。如東部濱海鹽土與海涂等;3)地勢低洼，排水條件差的地區(qū)。如華北、東北平原等。

2 粉煤灰改良鹽漬土的性能研究

粉煤灰重量輕，作為墊層時(shí)可減少基礎(chǔ)持力層的自重作用，增強(qiáng)地基的承載力;最優(yōu)含水量區(qū)間較寬，施工壓實(shí)時(shí)控制最優(yōu)含水量比較方便;滲透性好，作為墊層時(shí)排水效果好;壓實(shí)后具有較高的強(qiáng)度［3］。因此粉煤灰不僅可以在一般路基上修筑路堤，而且還可以修筑在高壓縮性的沖積層和泥炭層上［4］。

從爐膛出來的原灰表面有大量的Si—O—Si鍵，與水相互作用后，顆粒表面將出現(xiàn)大量的羥基，使其具有顯著的親水性、吸附性和表面化學(xué)活性［5］。大量試驗(yàn)就是根據(jù)粉煤灰本身的物理性質(zhì)和化學(xué)活性進(jìn)行改良鹽漬土的性能研究。在工程實(shí)際中，粉煤灰改良鹽漬土性能做路面底基層對粉煤灰的質(zhì)量要求不高，成本較低，可大量使用。通過室內(nèi)土工試驗(yàn)，楊曉松［6］發(fā)現(xiàn)粉煤灰的摻入可以提高氯鹽漬土的強(qiáng)度(改良氯鹽漬土的強(qiáng)度隨著粉煤灰配合比的增加而逐漸提高)，減弱其壓縮性(壓縮系數(shù)減小，壓縮模量增加)，減小其溶陷系數(shù)，改良其溶陷性。通過人工配置0，2%，5%，8%含鹽量的鹽漬土，進(jìn)行不固結(jié)、不排水條件下室內(nèi)常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果同樣表明:在試驗(yàn)摻量范圍內(nèi)，粉煤灰摻量越大，改良鹽漬土強(qiáng)度越高［7］。

3 石灰改良鹽漬土性能的研究

電石灰作為工廠生產(chǎn)乙炔氣體排放的廢料，排放數(shù)量巨大，堆積如山，嚴(yán)重的污染了環(huán)境。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，利用鹽漬土資源，進(jìn)行電石灰改良鹽漬土的液塑限試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)和固結(jié)排水三軸等試驗(yàn)，研究電石灰化學(xué)改性后鹽漬土作為公路路基填料的可行性。

由李作恒［8］的液塑限試驗(yàn)結(jié)果可知，鹽堿土在電石灰改良后塑限WP隨電石灰摻入量的增加而逐漸增大，塑性指數(shù)IP相應(yīng)緩慢降低。即降低了原土體的塑性，其親水性也大大減弱，工程性質(zhì)得到改善［9，10］。擊實(shí)試驗(yàn)表明，改良土的最大干密度隨電石灰劑量的增大而減少，最佳含水率隨電石灰劑量的增大而增加。通過室內(nèi)CBR試驗(yàn)，采用電石灰改良鹽漬土，對鹽漬土的最佳含水量和CBR值(用來評定土基材料承載能力和土基抵抗變形能力的指標(biāo))影響明顯，完全符合高速公路路基設(shè)計(jì)的路堤填料要求，成為了優(yōu)良的路基填料。但CBR值的增長速率隨著電石灰摻入量的增大而減小，因此電石灰摻量需適量［11，12］。土的三軸試驗(yàn)真實(shí)的模擬土體受力破壞規(guī)律，試驗(yàn)表明，采用8%電石灰改良鹽漬土用于上路床填料，既可降低土基含水量又能保證改良效果［13］。

為了克服鹽漬土填料對路基帶來的不利影響，通過抗剪強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量試驗(yàn)對摻加不同量的石灰粉煤灰改良土的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:摻加一定量石灰粉煤灰可以提高鹽漬土填料的粘聚力和內(nèi)摩擦角，填料后期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量也隨石灰粉煤灰摻量的增加而增加［14］。

柳艷華，張宏等［15］研究了石灰固化濱海鹽漬土物理力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn):經(jīng)石灰改性后，濱海鹽漬土的粒度成分得到明顯改善，塑性指數(shù)降低，液限降低;石灰摻量在不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，改性土的砂化作用明顯，其塑性特征及粒度成分得到明顯改善，水穩(wěn)定性及強(qiáng)度得到顯著提高，其浸水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度已達(dá)到二級和二級以下公路底基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的基本要求［16］。

4 石膏改良鹽漬土性能的研究

磷石膏是生產(chǎn)磷銨過程中產(chǎn)生的一種廢料。作為一種工業(yè)廢料不僅占用大量空間，制約企業(yè)發(fā)展，而且對環(huán)境污染嚴(yán)重。將磷石膏用于當(dāng)?shù)毓返慕ㄔO(shè)，不僅可以解決磷銨企業(yè)廢料的再生利用問題，還可以解決公路建設(shè)中的筑路材料需求。

王玉江、吳濤等［17］人在對磷石膏改良鹽漬土的研究中發(fā)現(xiàn):磷石膏中的鈣與鹽堿地中的鈉發(fā)生反應(yīng)生成溶解度更高的硫酸鹽(硫酸鈉)，在水的作用下被淋溶，從而降低了土壤中的鹽分，從根本上改變了土壤的理化性能。磷石膏施入鹽堿土后，可以降低土壤pH值，增加土壤透水性，促進(jìn)洗鹽速度，達(dá)到改良鹽漬土的目的。所以采用磷石膏改良鹽漬土作為基層與路基填料的基層和路基具有良好的承載能力。

劉毅、黃新［18］通過不同磷石膏和水泥配合比(加固地基)進(jìn)行一系列工程實(shí)踐對比研究。研究表明，與單純用水泥加固相比，用磷石膏與水泥配合加固軟土地基可大幅度提高加固土強(qiáng)度，對鹽漬土路基的工程性質(zhì)也有很大的影響。

5 麥秸稈改良鹽漬土性能的研究

鹽漬土作為一種環(huán)境敏感性土，其工程性質(zhì)隨著水、熱環(huán)境變化而改變。土里鹽類遇水溶解，土質(zhì)變軟，強(qiáng)度降低，易產(chǎn)生溶陷、鹽漲、翻漿等不良地質(zhì)問題，造成鹽漬土地區(qū)公路破壞。對鹽漬土地區(qū)進(jìn)行加筋固化處理，增加土的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性已經(jīng)成為必然。

在對改良濱海鹽漬土的性能試驗(yàn)研究中，天津城市建設(shè)學(xué)院的學(xué)者們通過麥秸稈加筋鹽漬土試驗(yàn)研究得出結(jié)論:鹽漬土中加入適量SH膠防腐處理麥秸稈后，麥秸稈與土之間的摩擦，改變了土的應(yīng)力應(yīng)變性能，在相同條件下加筋鹽漬土的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗變形能力明顯高于素鹽漬土［19，20］。其中柴壽喜等［21］比較了5種布筋區(qū)域和4種麥秸稈截面形狀在加筋條件下的試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為適宜布筋區(qū)域?yàn)橄掳氩?，適宜的加筋橫截面形狀為1/4圓管狀。魏麗等［22］得出最適宜的纖維加筋條件為加筋長度比0.16，質(zhì)量加筋率0.25%。

小麥在我國大部分地區(qū)廣泛種植，但麥?zhǔn)蘸筮z留下大量的麥秸稈，農(nóng)民普遍采用燃燒處理，浪費(fèi)了大量的麥秸稈資源，燃燒不當(dāng)還容易引發(fā)火災(zāi)。麥秸稈作為一種天然草木纖維材料，在改良鹽漬土性能的同時(shí)，不會(huì)造成對環(huán)境的二次污染，將會(huì)成為鹽漬土改良研究技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

6 展望

與以往單純的依靠改良農(nóng)田灌溉設(shè)施，進(jìn)行灌溉壓鹽和排水減鹽，投入大，成本高相比，新的改良技術(shù)在研究改良效果，減少優(yōu)質(zhì)原材料的使用量的同時(shí)，注重生態(tài)效益。粉煤灰為燃煤電廠長期排出的廢棄物，電石灰為工廠生產(chǎn)乙炔氣體排放的廢料，麥秸稈為農(nóng)業(yè)廢棄物。三者在我國產(chǎn)量大，污染重，處理不當(dāng)會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。但將其作為改良劑，不僅可以實(shí)現(xiàn)鹽漬土的資源化，更解決了其大量堆積引發(fā)的環(huán)境、社會(huì)問題。利用改良劑改良鹽漬土的研究雖然取得了一定進(jìn)展，但仍然存在以下一些問題:1)粉煤灰早期活性較低，如何最大限度的激發(fā)粉煤灰的火山灰活性，提高粉煤灰利用率。2)在節(jié)約成本的前提下，石膏、石灰的摻入是否比現(xiàn)有的鹽漬土改良方法更經(jīng)濟(jì)。3)土壤是一個(gè)復(fù)雜的體系，施用含有一定重金屬成分的工業(yè)廢棄物是否對土壤環(huán)境友好而不會(huì)引發(fā)環(huán)境的二次污染。4)不同的單一改良劑都可以實(shí)現(xiàn)改良鹽漬土性能的目的，是否可以將各種改良劑配合使用，找到最佳配合比，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化。5)改良劑改良鹽漬土性能后在工程的使用過程中，會(huì)不會(huì)對埋入其中的構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕作用。6)在凍融循環(huán)嚴(yán)重的地區(qū)，改良劑對鹽漬土的作用是否有所不同。如何處理鹽漬土改良處理中存在的不足，實(shí)現(xiàn)資源環(huán)境的最優(yōu)化，將成為我國鹽漬土處理問題中下一步需要解決的問題。

注:何芳，劉莉，李雪梅，薛家儒，馬志鵬五個(gè)作者曾參加國家級大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn):路用纖維橡膠混凝土的收縮性能研究(編號:TMG08);寧夏大學(xué)校級創(chuàng)新實(shí)驗(yàn):粉煤灰改善鹽漬土的力學(xué)性能研究。

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