鋼渣粉水泥改良膨脹土干濕循環(huán)下力學(xué)性能及機理分析

吳燕開，王 浩，苗盛瑤，韓 天，曹玉鵬

(1.山東科技大學(xué) 山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，山東 青島 266590 ；2.山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590；3.中鐵建工集團山東有限公司，山東 青島 266061；4.山東科技大學(xué) 交通學(xué)院，山東 青島 266590)

膨脹土干濕效應(yīng)下產(chǎn)生的吸水膨脹和失水收縮是導(dǎo)致工程事故的重要因素。不同學(xué)者通過室內(nèi)試驗研究，發(fā)現(xiàn)膨脹土經(jīng)過多次干濕循環(huán)后強度衰減很大。吳珺華等[1]對干濕循環(huán)作用下的非飽和膨脹土進行不排水剪切試驗，發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)會顯著降低膨脹土的不排水抗剪強度。韓華強等[2]通過對非飽和膨脹土的強度和變形進行研究，認(rèn)為干濕循環(huán)將引起非飽和膨脹土土體結(jié)構(gòu)的改變，從而導(dǎo)致其長期強度和變形模量明顯降低。毛新等[3]發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)次數(shù)增多時，土體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，強度明顯衰減。呂海波等[4]通過干濕循環(huán)試驗，得到了含水率變化幅度和干濕循環(huán)次數(shù)的增加都會降低膨脹土抗剪強度的結(jié)論。Khemissa等[5]和Nowamooz等[6]對含水率和干密度與抗剪強度的關(guān)系也進行了大量的研究[7]，根據(jù)壓汞試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)會削弱膨脹土內(nèi)部土顆粒之間的連結(jié)力。膨脹土在干濕循環(huán)中的裂隙發(fā)展?fàn)顩r也十分明顯，Zhan等[8]研究發(fā)現(xiàn)，膨脹土裂隙會隨含水率增加而快速發(fā)展；并有學(xué)者通過模型試驗對裂隙發(fā)育進行觀測[9-10]。

目前常用的膨脹土改良方法是采用石灰、水泥等改性材料進行改良。Guney等[11]采用石灰穩(wěn)定土研究了干濕循環(huán)作用對膨脹土膨脹性的影響；李新明等[12]通過剪切試驗，發(fā)現(xiàn)使用石灰改良的膨脹土在干濕循環(huán)作用后，抗剪強度參數(shù)基本不變；Rao等[13]利用水泥穩(wěn)定粉煤灰作為墊層材料抑制膨脹土的脹縮性。同時也有學(xué)者研究新的材料用于膨脹土的改良，Wang等[14]發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，增加黃麻纖維的含量和長度，可提高膨脹土的抗剪強度、黏聚力和強度比。近年來鋼渣粉在地基土改良方面也取得了一定的成果，由于鋼渣粉中有硅酸三鈣和硅酸二鈣等具有活性的物質(zhì)，這些物質(zhì)具有與水泥相似的水硬膠凝性，可部分替代水泥用于軟土的固化。有研究者發(fā)現(xiàn)鋼渣粉的加入可以在一定程度上降低軟土的膨脹性[15-16]，故使用鋼渣粉來改良膨脹土。厚榮斌[17]使用鋼渣、稻殼灰和生石灰對膨脹土進行改良，發(fā)現(xiàn)膨脹土的強度提升，可塑性降低。吳燕開等[18]采用鋼渣粉摻合料改良膨脹土，研究發(fā)現(xiàn)隨鋼渣粉摻量增加，膨脹率逐漸降低，強度逐漸增加。Reddy等[19]研究發(fā)現(xiàn)在水泥基、非水泥基以及化學(xué)添加劑三類穩(wěn)定膨脹土的添加劑中，化學(xué)添加劑的性能要優(yōu)于其他類型。

目前，對于鋼渣粉做固化劑改良膨脹土以及對改良土的干濕循環(huán)耐受能力研究較少，以臨沂膨脹土為研究對象，采用水泥、鋼渣粉和NaOH對膨脹土進行改良處理，通過室內(nèi)試驗，對改良前后的膨脹土在干濕循環(huán)前后的抗剪強度變化進行分析，并對其內(nèi)在改良機理進行探討。

1 試驗材料和試樣制備

1.1 試驗材料

試驗用土取自山東省臨沂市南郊某工地。土樣埋深約1.0～1.5 m，呈灰黑色，可塑，黏性較強，天然含水率高，裂隙面呈蠟狀光滑，具有典型的膨脹土特征。利用晾曬和研磨之后的土樣進行試樣制作，其物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 膨脹土土樣的物理力學(xué)參數(shù)

試驗中所用的水泥是P.C32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥，其主要成分是CaO、SiO2和Al2O3等；鋼渣粉由產(chǎn)自石家莊的廢棄鋼渣加工而成，主要成分是MgO、CaO、Fe2O3、Al2O3和MnO等，水泥和鋼渣粉化學(xué)成分見表2。激發(fā)劑NaOH產(chǎn)自天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司，分析純。

表2 鋼渣粉和水泥主要化學(xué)成分及百分含量

1.2 試樣制備

將現(xiàn)場取回的膨脹土土樣自然風(fēng)干，測得風(fēng)干后土樣含水率約為6%，碾磨后過直徑2 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，取過篩土樣備用。按照《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[20]要求，采用壓實法制作直徑39.1 mm、高度80 mm的圓柱狀試樣。通過擊實試驗測得純膨脹土以及改良土的最優(yōu)含水率和最大干密度，膠凝材料以及激發(fā)劑的摻比根據(jù)文獻[21]確定，試樣具體控制參數(shù)如表3所示。試樣制備好后脫模放入恒溫恒濕養(yǎng)護箱中養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度為(20 ± 0.5)℃，相對濕度≥95%，試樣養(yǎng)護到相應(yīng)齡期后進行干濕循環(huán)試驗。

表3 試樣的控制參數(shù)

2 干濕循環(huán)及測試內(nèi)容

2.1 干濕循環(huán)

試驗主要參照水膜轉(zhuǎn)移法以及文獻[22-23]方法進行。對達到養(yǎng)護齡期的試樣進行先吸水然后干燥的處理，1次吸水1次干燥為1次干濕循環(huán)，試驗中對未改良土采用引流法吸水，改良土采用浸泡法吸水，兩者均用自然風(fēng)干法干燥，吸水和干燥時間各為12 h。循環(huán)次數(shù)分別為：未改良土,1、2、3、4、5次；三種改良土試樣：1、3、5、7、9次。

2.2 測試內(nèi)容

試樣進行不同次數(shù)的干濕循環(huán)后，進行體積變化率試驗、不固結(jié)不排水三軸壓縮試驗(unconsolidated undrained triaxial compression test,UU test)、無側(cè)限抗壓強度試驗、掃描電鏡試驗(scanning electron microscope, SEM)以及能譜分析(engergy dispersive spectrometer, EDS)。

3 結(jié)果與分析

3.1 體積變化率

進行干濕循環(huán)試驗時，在吸水和干燥結(jié)束時都對試樣的體積和質(zhì)量進行測量，圖1是在7天養(yǎng)護齡期時不同土體進行干濕循環(huán)試驗中采集到的數(shù)據(jù)，繪制成體積變化率((測量時的體積-初始試樣的體積)/初始試樣的體積)隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。由圖1(a)可知，4種土體的體積變化率可分為兩種形式，一種是純膨脹土試樣，體積變化率較大，在坐標(biāo)系中占據(jù)絕對大的空間；另一種是改良土體，與膨脹土試樣相比較，體積變化率微乎其微，在坐標(biāo)系中貼近零值上下浮動分布。在干濕循環(huán)的試驗過程中，吸水過程可以保證試驗條件相同，而干燥過程則是在自然環(huán)境下進行的風(fēng)干處理，容易受到天氣條件的影響，因此在吸水過程后得到的質(zhì)量或體積數(shù)值較干燥處理后的結(jié)果更具有規(guī)律性。觀察圖1，發(fā)現(xiàn)純膨脹土試樣的體積變化更具有規(guī)律性，而3種改良土的體積變化更多是雜亂無章的，只能從整體上看出一個趨勢走向。

圖1 體積變化率(7天)

未改良土試樣體積在干濕循環(huán)的過程中持續(xù)變化，僅從每次吸水后的體積變化來看，隨干濕循環(huán)次數(shù)逐漸增加，從1次循環(huán)時的10.01%到第5次循環(huán)時的13.15%，體積變化率逐步上升。另外由于試驗過程中環(huán)境的變化，導(dǎo)致干燥后試樣體積變化率規(guī)律性不強，但也可以看出體積變化率始終大于零，其中包括質(zhì)量變化率達到甚至低于零的時候，意味著在整個干濕循環(huán)的過程中試樣體積始終比初始時候大，也表明純膨脹土試樣在干濕循環(huán)的作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可恢復(fù)的變化，試樣結(jié)構(gòu)松散，土體顆粒的間距加大以及裂隙的逐步發(fā)展也是吸水時體積變化率緩慢上升的原因。試樣體積變化率從0次到1次干濕循環(huán)的增量是10%，即膨脹土在初次干濕循環(huán)作用后體積就會出現(xiàn)10%的體積變化，可見膨脹土體對水敏感性較強。

另外，改良土體的體積變化率較未改良土試樣有了相當(dāng)大的減小，與未改良土吸水導(dǎo)致的體積膨脹相比，改良土體的體積膨脹率均可控制在1%以內(nèi)，相比來說有90%以上的減小幅度。3種改良土中Es-SSP-C試樣較多的表現(xiàn)出體積增量的正值，而水化反應(yīng)較快的Es-SSP-C-N和Es-C則更多的表現(xiàn)出體積的減小，并且從總體來看，體積的變化率有一個逐漸減小的趨勢。

3.2 干濕循環(huán)次數(shù)與抗剪強度指標(biāo)間關(guān)系

圖2是各試樣在UU試驗中黏聚力(C)和內(nèi)摩擦角(φ)隨干濕循環(huán)次數(shù)變化的曲線圖。從圖中可以看出，改良后膨脹土的黏聚力、內(nèi)摩擦角明顯高于未改良膨脹土。未改良土試樣黏聚力隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加持續(xù)減小；改良土受干濕循環(huán)的影響較小，ES-C幾乎不受干濕循環(huán)作用的影響，而ES-SSP-C以及ES-SSP-C-N由于鋼渣粉活性低的原因，未加NaOH活性激發(fā)劑與添加活性激發(fā)劑的改良土均隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，其黏聚力逐漸增強。由圖2(b)可知，未改良土試樣的內(nèi)摩擦角和黏聚力一樣，改良膨脹土的內(nèi)摩擦角明顯大于未改良膨脹土，未改良膨脹土內(nèi)摩擦角隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而減小，而3種改良膨脹土隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，其內(nèi)摩擦角變化幅度不大。

圖2 抗剪強度指標(biāo)隨干濕循環(huán)的變化

圖3 黏聚力折損率

究其原因，未改良膨脹土在干濕循環(huán)作用下反復(fù)經(jīng)歷濕漲干縮的體積變化，土體顆粒在水的作用下聯(lián)結(jié)作用不斷減弱，裂隙發(fā)展并逐漸貫通甚至形成裂縫，土體結(jié)構(gòu)松散、土顆粒之間的相互交錯阻力減小，因此未改良膨脹土黏聚力、內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)的進行不斷減小[24-25]；對于改良土，試樣中水化產(chǎn)物將土顆粒包裹，相互之間連接緊密，各組成成分在膠凝物質(zhì)的作用下形成團聚體，因此試樣中的黏聚力大幅度提升；改良土試樣中團聚體之間的交錯阻礙了土體受壓后的錯位變形，但在干濕循環(huán)作用下，土體之中存在的微小孔隙也會受到水分的侵蝕，孔隙和裂隙周邊的結(jié)構(gòu)會受到影響，因此內(nèi)摩擦角也會隨干濕循環(huán)有一定的變化，但總體是在一個范圍內(nèi)上下浮動。

把n次干濕循環(huán)后得到的黏聚力與零次循環(huán)時的黏聚力之比定義為土體強度折損率，作圖3。圖中顯示未改良膨脹土的黏聚力隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加，黏聚力衰減逐漸變大，但初次干濕循環(huán)的影響最顯著。改良膨脹土衰減率相對較低，Es-SSP-C隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加黏聚力有所增大，這主要是因為Es-SSP-C未摻活性激發(fā)劑，鋼渣水化反應(yīng)慢，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，在濕循環(huán)作用下水化反應(yīng)逐漸加快，因此出現(xiàn)黏聚力隨干濕循環(huán)次數(shù)增加而增大的現(xiàn)象。

由以上分析可知，對于未改良膨脹土，受干濕循環(huán)影響其強度衰減明顯，特別是初次干濕循環(huán)后，黏聚力和內(nèi)摩角均大幅度降低。而對于采用水泥鋼渣粉改良后的膨脹土，在干濕循環(huán)作用下，其強度會隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化而出現(xiàn)波動，但變化幅度相當(dāng)小，3種改良土中ES-SSP-C-N改良土的抗剪強度效果最好。

圖4 各類試樣無側(cè)限抗壓強度與干濕循環(huán)次數(shù)關(guān)系

3.3 無側(cè)限抗壓強度與干濕循環(huán)次數(shù)間關(guān)系

圖4為各類試樣養(yǎng)護7天后不同次數(shù)干濕循環(huán)后無側(cè)限抗壓強度曲線圖。由圖可知，未改良膨脹土的強度較低，初始強度為0.39 MPa，經(jīng)歷第1次干濕循環(huán)后強度降低到0.19 MPa，降低幅度達到51.3%。在之后連續(xù)的干濕循環(huán)中，強度呈現(xiàn)出持續(xù)降低的趨勢，但降低的幅度較小，曲線下降的較為緩慢，第3次循環(huán)即可達到穩(wěn)定的狀態(tài)，穩(wěn)定時強度約為0.16 MPa，是初始強度的41%。由此可見，在干濕循環(huán)作用下膨脹土強度會劇烈變化，這是工程中需要解決的重要問題之一。經(jīng)過改良后的Es-C、Es-SSP-C和Es-SSP-C-N，初始強度比未改良膨脹土均有大幅度的提升，改良效果Es-SSP-C-N> Es-C>Es-SSP-C。Es-C在整個干濕循環(huán)過程中強度變化不大，Es-SSP-C強度表現(xiàn)出先增后減然后又增的趨勢，而Es-SSP-C-N在第1次干濕循環(huán)時強度出現(xiàn)較為明顯的下降后，隨干濕循環(huán)的進行其強度逐漸增加。改良土強度隨干濕循環(huán)的變化主要是膠凝材料在土體中發(fā)生水化反應(yīng)的速度快慢不一致造成的。從整個強度變化趨勢來看，Es-SSP-C-N的無側(cè)限抗壓強度隨干濕循環(huán)所表現(xiàn)出來的強度變化符合工程需要。

4 微觀結(jié)構(gòu)及機理分析

4.1 改良前后的微觀結(jié)構(gòu)變化分析

掃描電鏡試驗的主要步驟：①制作試樣，將在壓縮試驗中破壞的試塊切割取樣，取試塊破壞面附近的一部分土體，將其打磨成長寬約2 cm，厚約2 mm的扁平試塊；②噴鉑處理，對水泥土材料的試塊進行噴鉑處理，即將制作的試塊放入高壓噴射涂布機中進行真空表面噴鉑處理；③提取微觀圖像，將表面布滿鍍層之后的試塊安裝在電鏡掃描試驗儀上，選取2 000倍和10 000倍的放大倍數(shù)進行微觀圖像的獲取，并對特別的微區(qū)的成分進行能譜分析。圖5為膨脹土(Es)干濕循環(huán)前后低倍鏡下觀察的試樣結(jié)構(gòu)整體性和裂隙的SEM圖。從圖5(a)可知，在干濕循環(huán)前，土體顆粒之間的連結(jié)更加緊密，觀察面也比較平整，表明在壓實法制樣的作用下，未改良土土顆粒間有很好的連結(jié)，密實度也較好；從圖5(b)可以看出，干濕循環(huán)后土體試樣顯得更加的疏松，土顆粒之間的連結(jié)力明顯較弱，顆粒之間的間隙增大，并且在觀察面可以看到很多較大的孔隙和裂隙，表明在干濕循環(huán)中膨脹土經(jīng)歷了吸水和失水的反復(fù)作用，土顆粒之間的連接作用明顯減弱，土體中的孔隙不斷增大，造成了結(jié)構(gòu)的松散和裂隙的發(fā)育。

圖5 Es在干濕循環(huán)前后的微觀結(jié)構(gòu)

在高倍鏡(10 000倍)的放大倍數(shù)下觀察發(fā)現(xiàn)，未改良土試樣中土體顆粒大多呈層狀結(jié)構(gòu)，邊緣呈不規(guī)則形狀，黏土礦物之間的連結(jié)以面-面居多，干濕循環(huán)前后的變化主要體現(xiàn)在干濕循環(huán)后土體中單獨存在的黏土顆粒增多，并且層狀礦物之間的間距有所加大，意味著連接力的降低。從圖5(c)中可以看出，土中以塊狀和層片狀顆粒為主，土體微結(jié)構(gòu)單元的排列定向性相對較好，其中有些礦物呈棉絮狀分布，這是伊蒙混層[26]，而且成分較多，這是遇水膨脹的物質(zhì)；在圖5(d)中，土顆粒多是以粒狀和扁片狀為主，顆粒之間的連結(jié)減弱，形成松散的結(jié)構(gòu)。

4.2 各類改良土干濕循環(huán)前后的微觀結(jié)構(gòu)變化分析

圖6和7分別為改良土干濕循環(huán)前和干濕循環(huán)9次后放大2 000倍和10 000倍的SEM圖。從圖6～7可以看出，相比于未改良土，3類改良土在結(jié)構(gòu)上顆粒之間分布更加均勻，并且顆粒排布更加緊密。水泥和鋼渣粉作為膠凝材料，初始時填充在膨脹土中，使多種材料在干拌的過程中充分接觸，在加水拌合后膠凝材料分布相對均勻，水泥和鋼渣粉水化產(chǎn)生的C-S-H和CH等物質(zhì)將膨脹土顆粒膠結(jié)并填充于顆粒之間的縫隙；同時水化產(chǎn)生的Ca(OH)2作為微溶物也會以結(jié)晶的形式出現(xiàn)在土顆粒表面，從而增強土體的強度。對比發(fā)現(xiàn)，3種改良土中Es-SSP-C-N和Es-C試樣顆粒分布更加均勻，顆粒之間的連結(jié)較為緊密，孔隙中有膠凝材料和水化產(chǎn)物填充，而Es-SSP-C試樣比較疏松。通過圖6(c)可以看到，土體顆粒經(jīng)過水化產(chǎn)物的膠結(jié)團聚，顆粒較為粗大，但在大的團聚體之間還有明顯的裂隙，構(gòu)成了試樣的缺陷，致使其強度相對另外兩種土體略有降低。

圖6 干濕前和9次干濕循環(huán)后各類改良土在2 000倍下的SEM圖像

從圖7中更加清晰地觀察到改良土的土體單元排列緊密，定向性較好，顆粒間的膠凝物質(zhì)也清晰可見。通過圖8所示的EDS能譜分析發(fā)現(xiàn)，鋼渣粉和水泥兩種膠凝材料水化后，以板狀分布的Ca(OH)2和形狀不規(guī)則卻具有膠凝特性的C-S-H和C-A-H為主。圖中可以看到Es-SSP-C-N和Es-C的土顆粒膠結(jié)的更加密實，黏土顆粒與C-S-H連接緊密，并且Ca(OH)2結(jié)晶分布其中。其中Es-SSP-C試樣的SEM圖像中膠凝材料的水化產(chǎn)物以無定型結(jié)構(gòu)存在，將未水化的水泥和鋼渣粉以及黏土顆粒包裹并聯(lián)結(jié)在一起。圖7(a)中可以看到棱角比較分明的未水化的水泥顆粒，但黏土礦物顆粒不太明顯，只能看到大顆粒之間的連結(jié)。由此可見，膨脹土在水泥的摻和下，黏土顆粒被具有膠凝性質(zhì)的水化產(chǎn)物包裹，水化產(chǎn)物在性能上較為穩(wěn)定，并且對水的敏感度較低，因此在干濕循環(huán)條件下對水分較為敏感的黏土顆粒與水接觸的機會大大降低，同時膠凝材料的膠結(jié)作用也可以承受黏土顆粒遇水膨脹產(chǎn)生的膨脹力，對土體顆粒形成約束，所以在干濕循環(huán)作用下，土體的脹縮特性極大的減小，并且強度有了質(zhì)的提高，另外C-S-H表面有零星分布的片狀Ca(OH)2，這表示水化反應(yīng)不充分。

對于Es-C和Es-SSP-C，反應(yīng)機理相似，不同的是有了鋼渣粉的參與，一方面鋼渣粉的活性較低，尤其在早期的試樣中，水化反應(yīng)較慢，并且在與水泥和膨脹土拌合均勻后占據(jù)了一定的試塊體積，在水化反應(yīng)中也吸收了一部分的水，同比減少了水泥的水化用水量，因此在水化反應(yīng)的程度上不如單獨摻加水泥的Es-C。在圖7(d)中可以看到，在無定型的水化產(chǎn)物中有較多棱角平滑的鋼渣粉顆粒以及少量的水泥顆粒，未水化的膠凝材料顆粒鑲嵌于C-S-H和C-A-H等水化產(chǎn)物中，與黏性土顆粒形成膠結(jié)，試塊的強度也得到了提升，并且在干濕循環(huán)的環(huán)境中也會有較穩(wěn)定的性能，但由于水化反應(yīng)的程度較低，Es-SSP-C終究會弱于另外兩種試樣。

由圖7(e)可知，Es-SSP-C-N具有更加緊密的結(jié)構(gòu)，土體顆粒被團絮狀的水化產(chǎn)物包裹，形成密實的團聚體，其中大量的片狀Ca(OH)2堆疊在一起，表征了水化反應(yīng)的充分性，在未水化的膠凝材料和黏土顆粒上存在大量C-S-H和C-A-H等膠結(jié)礦物，并且相互之間的聯(lián)結(jié)處有很多針狀物，在構(gòu)成空間框架結(jié)構(gòu)的同時也形成了很好的聯(lián)結(jié)作用，對土體中存在的微裂隙進行填充，并且也使孔隙周邊的顆粒聯(lián)結(jié)良好。

在干濕循環(huán)之后，土體的微觀形貌變化不大，由圖6(b)、6(d)、6(f)可知，沒有明顯的劣化痕跡，甚至可以看到大顆粒裂隙進一步的彌合，尤其是Es-SSP-C，表明在早期的干濕循環(huán)中，土體裂隙部分會有水的填充，但由于結(jié)構(gòu)在受到水侵蝕的同時仍存在著膠凝材料的水化，并且早期的膠凝材料水化只是進行了一小部分，所以在水更加充足的環(huán)境中可以更快速的完成水化反應(yīng)，因此水化產(chǎn)物會進一步填充孔隙結(jié)構(gòu)，并膠結(jié)土體顆粒，從而有更加緊密的結(jié)構(gòu)。

對比圖7可知，各類改良土干濕循環(huán)前后物質(zhì)的組成沒有明顯變化，并且顆粒排列仍然十分密實，但是在土顆?；驁F聚體顆粒之間的微裂隙中的膠凝狀況略有區(qū)別。在干濕循環(huán)中，水的不斷侵入和揮發(fā)，使試塊中的部分微溶物質(zhì)(如Ca(OH)2)溶解，并且在多次干濕循環(huán)中不斷地產(chǎn)生溶解侵蝕，部分膠結(jié)物也會被破壞，從而微裂隙部位受到影響而擴大。干燥過程中，水分揮發(fā)使部分溶解物重新結(jié)晶，因此在裂隙周邊有一些零散分布的片狀物質(zhì)，此物質(zhì)結(jié)合力較弱，影響試樣整體性。但在整個干濕循環(huán)中，水在侵蝕土體結(jié)構(gòu)時膠凝材料的水化反應(yīng)仍在進行，因此膠結(jié)性仍保持正常的范圍，但即使如此強度也會受到影響而有所降低。

5 結(jié)論

通過室內(nèi)三軸壓縮試驗以及無側(cè)限抗壓強度試驗，研究了鋼渣粉水泥改良膨脹土在干濕循環(huán)作用下強度變化規(guī)律并進行了分析總結(jié)，結(jié)合SEM以及EDS，對其變化機理進行了解釋，得到了如下結(jié)論：

1) 抗剪強度會隨圍壓增大而增大，并受干濕循環(huán)的影響呈非單調(diào)性變化，在不同干濕循環(huán)次數(shù)時強度大小關(guān)系總是Es-SSP-C-N>Es-C>Es-SSP-C>Es，表現(xiàn)了改良土強度特性的優(yōu)異性，以及摻入活性激發(fā)劑后對鋼渣粉改良膨脹土強度的貢獻。在干濕循環(huán)次數(shù)和圍壓兩種因素中，后者對抗剪強度的影響大于前者。黏聚力和內(nèi)摩擦角在改良土中的數(shù)值明顯大于未改良土，并且隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加，黏聚力的變化幅度大于內(nèi)摩擦角，其中水化效果更好的Es-SSP-C-N和Es-C變化幅度較小，表現(xiàn)了兩者承受干濕循環(huán)侵蝕能力的優(yōu)勢。

2) 在干濕循環(huán)條件下，純土顆粒之間的連接力進一步減弱，層狀分布的顆粒之間有明顯的間隙，同時伴隨有結(jié)構(gòu)松散以及裂隙發(fā)展，因此會有性能減弱的表現(xiàn)；改良土顆粒排列上更加緊密，在水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用下有更強的整體性體現(xiàn)，在干濕循環(huán)的作用下相比純土的變化更小。

3) 相比于干濕循環(huán)前，改良土干濕循環(huán)后呈不定形態(tài)分布的C-S-H和板狀分布的Ca(OH)2等水化產(chǎn)物有增多的跡象，尤其是Es-SSP-C最為明顯，表明了干濕循環(huán)既是干濕侵蝕的過程，也是膠凝材料水化的過程，尤其在早期膠凝材料水化不充分時，水化效果更明顯，因此對干濕循環(huán)的侵蝕作用承受能力較強。