HAS土壤固化劑改性沙漠砂與磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)研究

摘要： 為了闡明影響廣泛分布于中國(guó)西北部與南部邊疆地區(qū)的沙漠砂與磚紅壤力學(xué)性能的關(guān)鍵參數(shù)， 利用HAS土壤固化劑固化改性沙漠砂與磚紅壤的力學(xué)性能， 通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)研究不同含水率和密實(shí)度時(shí)HAS土壤固化劑摻量對(duì)沙漠砂與磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。 結(jié)果表明： 沙漠砂與磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨著密實(shí)度的增大而增加， 隨著含水率的增大而先增大后減?。?當(dāng)沙漠砂的含水率、 密實(shí)度分別為12%、 100.0%時(shí)， 沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.091 MPa， 比未改變含水率與密實(shí)度的沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大約97.4%； 當(dāng)固化改性沙漠砂的HAS土壤固化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)， 沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到極大值0.125 MPa， 比未摻加HAS土壤固化劑的沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大37.4%， 沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的含水率、 密實(shí)度、 摻加HAS土壤固化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最優(yōu)組合為12%、 100.0%、 4%； 當(dāng)磚紅壤的含水率、 密實(shí)度分別為20%、 100.0%時(shí)， 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.243 MPa， 比改變含水率與密實(shí)度的磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大約294%； 當(dāng)固化改性磚紅壤的HAS土壤固化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)， 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到極大值0.303 MPa， 比未摻加HAS土壤固化劑的磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大24.6%，磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的含水率、 密實(shí)度、 摻加HAS土壤固化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最優(yōu)組合為20%、 100.0%、 5%。

關(guān)鍵詞： 土力學(xué)； 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度； 沙漠砂； 磚紅壤； HAS土壤固化劑； 力學(xué)性能

文章編號(hào)：1671-3559（2025）02-0238-07

中圖分類(lèi)號(hào)： TU443

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Unconfined Compression Test Research on Desert Sand and Latosol Modified" by Using HAS Stabilizer

JIANG Menglong1， CHEN Li2， CAO Mingjin2， YANG Taochun1

（1. School of Civil Engineering and Architecture， University of Jinan， Jinan 250022， Shandong， China;

2. Engineering Research Center of Safety and Protection of Explosion and Impact of Ministry of Education，

Southeast University， Nanjing 211189， Jiangsu， China）

Abstract： To elucidate key parameters affecting mechanical properties of desert sand and latosol widely distributed in northwestern and southern border areas of China， HAS stabilizer was used to cure and modify mechanical properties of desert sand and latosol." Influences of HAS stabilizer dosage on unconfined compression strengths of desert sand and latosol with different moisture contents and compactnesses" were researched by using unconfined compression test. The results show that unconfined compressionstrengthsofdesertsandandlatosolincreasewiththeincreaseofcompactness， and increase first and then decrease with the increase of moisture content. When the moisture content and the compactness of desert sand are respectively 12% and 100.0%， the unconfined compression strength of desert sand is 0.091 MPa， which is about 97.4% greater than that of desert sand without changing moisture content and compactness. When the optimum mass fraction of HAS stabilizer" is 4% for curing and modification of desert sand， the unconfined compression strength of desertsandcanreachamaximumvalue of 0.125 MPa， which is 37.4% greater than that of desert sand without HAS stabilizer. The optimal combination of moisture content， compactness， and mass fraction of HAS stabilizer for maximum unconfined compression strength of desert sand is 12%， 100.0%， and 4%. When the moisture content and the compactness of latosol are respectively 20% and 100.0%， the unconfined compression strength of latosol is 0.243 MPa， which is about 294% greater than that of latosol with changing moisture content and compactness. When the optimum mass fraction of HAS stabilizer is 5% for curing and modification of latosol， the unconfined compression strength of latosol can reach a maximum value of 0.303 MPa， which is 24.6% greater than that of latosol withoutHASstabilizer.Theoptimalcombinationofmoisturecontent，compactness， and mass fraction of HAS stabilizer for maximum unconfined compression strength of latosol is 20%， 100.0%， and 5%.

Keywords： soil mechanics; unconfined compression strength;desertsand;latosol;HAS stabilizer; mechanicalproperty

砂土和壤土分布廣泛， 取用方便， 價(jià)格低廉， 因此非常適用于大規(guī)模工程的施工建設(shè)， 尤其在防護(hù)工程領(lǐng)域得到了高度重視^［1-3］。由于原始砂土和壤土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度相對(duì)較小， 很多學(xué)者嘗試改良或加固砂土和壤土，改善其力學(xué)性能。砂土和壤土加固方法通常包括： 物理加固法， 如振搗、 壓實(shí)； 化學(xué)加固法， 即摻入外加劑； 綜合法， 即先加入外加劑再振搗壓實(shí)。 一般來(lái)說(shuō)， 如果砂土和壤土經(jīng)振搗、 壓實(shí)后須繼續(xù)增大無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度， 則應(yīng)摻入外加劑使砂土和壤土固化。 常用的砂土和壤土固化劑種類(lèi)可分為離子交換類(lèi)^［4-5］、 生物酶類(lèi)^［6］、 有機(jī)物類(lèi)^［7］、 無(wú)機(jī)化合物類(lèi)^［8］。 離子交換類(lèi)固化劑用量少， 施工方便， 但受環(huán)境等因素影響較大； 生物酶類(lèi)固化劑密實(shí)度大， 承載力強(qiáng)， 但適用范圍較窄； 有機(jī)物類(lèi)固化劑使用方法簡(jiǎn)單， 污染較少， 有利于環(huán)保， 但遇水易崩解； 無(wú)機(jī)化合物類(lèi)固化劑固化砂土和壤土力學(xué)性能保持時(shí)間較長(zhǎng)，效果出眾， 適用范圍最廣。 由于磚紅壤所在區(qū)域常年多雨， 離子交換類(lèi)、 生物酶類(lèi)和有機(jī)物類(lèi)固化劑的水穩(wěn)性均較差^［8］， 因此無(wú)機(jī)化合物類(lèi)固化劑較適宜作為砂土和壤土固化改性劑。

常用的無(wú)機(jī)化合物類(lèi)固化劑包括水泥、 石灰、 礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物、 奧特塞特固化劑、 HAS土壤固化劑等。張建楠^［9］研究了奧特塞特固化劑固化黏土在不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果表明，固化黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大而增大，3 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大148.6%，7 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)28 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的70%。 吳俊等^［10］針對(duì)礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物改良淤泥質(zhì)黏土開(kāi)展無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究， 結(jié)果表明， 當(dāng)?shù)V渣與粉煤灰的質(zhì)量比為9∶1時(shí)，14 d固化黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)極大值1.5 MPa。查甫生等^［11］研究了石灰-粉煤灰對(duì)膨脹土的改良特性，結(jié)果表明，隨著粉煤灰摻量的增大，改良膨脹土的脹縮性降低，并且養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)改良效果影響較大。孔德森等^［12］通過(guò)開(kāi)展粉煤灰-天然砂改良膨脹黏土的擊實(shí)、 無(wú)側(cè)限抗壓、 三軸壓縮試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著天然砂摻量的持續(xù)增大，膨脹黏土最優(yōu)含水率逐漸減小，最大干密度先增大后減小。嚴(yán)偉等^［13］通過(guò)開(kāi)展不同溫度時(shí)水泥改良風(fēng)積沙的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著試驗(yàn)溫度的升高，風(fēng)積沙無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變雖然有所減小，但是剛度持續(xù)增大。Arulrajah等^［14］通過(guò)對(duì)比礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物、 水泥、 石灰對(duì)黏土的固化改性作用發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于水泥、 石灰，礦渣-粉煤灰基地質(zhì)聚合物的固化改性效果較好，最優(yōu)摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同）為20%。Jha等^［15］通過(guò)研究石灰摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)黏土改性的影響發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石灰摻量較小且養(yǎng)護(hù)齡期較短時(shí)，石灰主要通過(guò)改變黏土結(jié)構(gòu)而非改變土壤顆粒膠結(jié)程度增大黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

相對(duì)于奧特塞特固化劑等無(wú)機(jī)化合物土壤固化劑，HAS土壤固化劑對(duì)沙漠砂^［16-17］、 磚紅壤^［18-20］的固化改性效果通常較優(yōu)^［21］，相對(duì)于水泥、 石灰等常規(guī)固化材料，HAS土壤固化劑成本更低^［22］，并且水泥存在脫水困難、 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，石灰存在水穩(wěn)性差、 易開(kāi)裂和軟化的缺陷。沙漠砂和磚紅壤廣泛分布于我國(guó)西北部和南部邊疆，其中沙漠砂主要分布于內(nèi)蒙古、 甘肅西部，新疆大部分地區(qū)，柴達(dá)木盆地等； 磚紅壤主要分布于云南南部、海南島、雷州半島等。已有研究主要關(guān)注的是黏土的改性，而對(duì)砂土和壤土的力學(xué)改性涉及較少，無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模防護(hù)工程施工建設(shè)的需求。鑒于此，本文中開(kāi)展HAS土壤固化劑改性沙漠砂與磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)研究，充分考慮沙漠砂與磚紅壤的含水率和密實(shí)度等關(guān)鍵參數(shù)的影響，探討HAS土壤固化劑摻量、 含水率和密實(shí)度參數(shù)的最優(yōu)組合，獲得沙漠砂與磚紅壤固化改性后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，從而為沙漠砂與磚紅壤的防護(hù)工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括： 沙漠砂，取自?xún)?nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市； 磚紅壤，取自云南省紅河哈尼族彝族自治州，粒徑為0.002～2 mm，顆粒較大，級(jí)配良好。表1所示為沙漠砂的物理力學(xué)特性^［14］，表2所示為磚紅壤的物理力學(xué)特性^［15］。

1.2 HAS土壤固化劑

HAS土壤固化劑以工業(yè)廢渣為主要原材料，工業(yè)廢渣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于85%，采用多組分超疊加效應(yīng)制成，克服了水泥、 石灰等傳統(tǒng)固化材料水穩(wěn)定性、 耐久性差的不足，可以在常溫下固結(jié)粉煤灰、 工業(yè)廢渣、 危險(xiǎn)廢物等^［22］。HAS土壤固化劑目前較多應(yīng)用于固體廢物填埋場(chǎng)的防滲處理、 危險(xiǎn)廢物穩(wěn)定化處理及道路工程等領(lǐng)域^［23］。

1.3 試驗(yàn)裝置與試件制備

試驗(yàn)裝置為L(zhǎng)FTD1803型全自動(dòng)三軸儀，軸力量程為100 kN，軸力精度為0.3%，軸向位移量程為100 mm，剪切速率為1.6 mm/min 。

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》^［24］ 制備沙漠砂與磚紅壤試件，2種試件均是直徑為39.1 mm且高度約為80 mm的圓柱形。試件制備步驟如下： 1）首先將沙漠砂、 磚紅壤放入烘箱中烘干，再用電子秤稱(chēng)量沙漠砂、磚紅壤，磚紅壤質(zhì)量約為450 g，沙漠砂質(zhì)量為500 g。為了防止水分自然蒸發(fā)對(duì)試驗(yàn)造成影響，每次僅準(zhǔn)備2次試驗(yàn)的試件。 2）按照HAS土壤固化劑摻量的不同，將稱(chēng)量的HAS土壤固化劑灑入沙漠砂與磚紅壤后攪拌均勻。當(dāng)HAS土壤固化劑摻量較大時(shí)，先倒入摻量為2%的HAS土壤固化劑，攪拌均勻后再倒入摻量為2%的HAS土壤固化劑，照此類(lèi)推，直至HAS土壤固化劑摻加完畢。摻水過(guò)程與摻加HAS土壤固化劑過(guò)程類(lèi)似，將摻水后的沙漠砂或磚紅壤置于密閉陰暗環(huán)境中靜置24 h，使水充分滲透均勻。 3）將已摻入所需水分或HAS土壤固化劑的沙漠砂與磚紅壤分5次倒入內(nèi)壁涂抹凡士林的對(duì)開(kāi)圓膜中，用擊實(shí)器分層擊實(shí)，各層沙漠砂或磚紅壤質(zhì)量相等，對(duì)各層接觸面刨毛。緩緩?fù)葡聦?duì)開(kāi)圓膜，將沙漠砂與磚紅壤放入乳膠膜中，然后將濾紙放在乳膠膜兩端，用透水板壓住濾紙后將試件放入壓力室，試件制備完成。為了減小試驗(yàn)誤差，重復(fù)開(kāi)展6次試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)工況

為了使HAS土壤固化劑固化改性效果最好，得到HAS土壤固化劑摻量， 沙漠砂與磚紅壤的含水率、 密實(shí)度的最優(yōu)組合，須充分考慮含水率和密實(shí)度對(duì)沙漠砂與磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。首先開(kāi)展不同含水率、 密實(shí)度時(shí)沙漠砂與磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。

從圖1（a）、 （b）中可以看出： 沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著含水率的增大而先增大后減小， 隨著密實(shí)度的增大而增大。 當(dāng)沙漠砂的含水率為12%且密實(shí)度為100.0%時(shí)， 未摻加HAS土壤固化劑的沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度極大值為0.091 MPa。 與未改變含水率與密實(shí)度的沙漠砂相比， 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大97.4%。 在該含水率和密實(shí)度條件下， 共設(shè)計(jì)6種沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)工況， 沙漠砂的HAS固化劑摻量分別為0、 2%、 3%、 4%、 5%、 6%，如表3所示。

從圖1（c）、 （d）中可以看出： 與沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)相同，磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度也隨著含水率的增大而先增大后減小，隨著密實(shí)度的增大而增大。當(dāng)磚紅壤的含水率為20%且密實(shí)度為100.0%時(shí)，未摻加HAS土壤固化劑時(shí)的磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度極大值約為0.243 MPa，與未改變含水率和密實(shí)度的磚紅壤相比，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大了294%。在該含水率和密實(shí)度條件下，共設(shè)計(jì)7種磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)工況，磚紅壤的HAS土壤固化劑摻量分別為0、 2%、 4%、 5%、 6%、 7%、 8%，如表4所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

當(dāng)沙漠砂的含水率為12%且密實(shí)度為100.0%時(shí)， 未摻加HAS土壤固化劑的沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度極大值為0.091 MPa， 不同HAS土壤固化劑摻量時(shí)沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度如圖2（a）所示。 由圖可知： 隨著HAS土壤固化劑摻量的增大， 沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大。當(dāng)HAS土壤固化劑摻量為0～2%時(shí)，沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著HAS土壤固化劑摻量的增大而緩慢增大；當(dāng)HAS土壤固化劑摻量大于2%時(shí)，沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著HAS土壤固化劑摻量的增大而快速增大； 當(dāng)HAS土壤固化劑摻量為4%時(shí)，沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值，約為0.125 MPa，比未摻加HAS土壤固化劑的沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大約37.4%； 在HAS土壤固化劑摻量為4%的基礎(chǔ)上，繼續(xù)摻加該固化劑反而導(dǎo)致沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度減小。當(dāng)HAS土壤固化劑摻量為6%時(shí)，沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度僅約為0.086 MPa。由此可得，磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的含水率、 密實(shí)度、 HAS土壤固化劑摻量的最優(yōu)組合為12%、 100.0%、 4%。

當(dāng)HAS土壤固化劑的摻量較小時(shí)， 沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度緩慢增大甚至不增大， 原因是HAS土壤固化劑中的鈣離子與沙漠砂表面的金屬陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)， 使沙漠砂顆粒形成較大的團(tuán)粒， 雖然有利于無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增大； 但是因離子交換反應(yīng)而吸附在沙漠砂表面的鈣離子和氫氧根離子活性降低， 不利于其他化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行， 從而影響沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增大。繼續(xù)摻入弱堿性的HAS土壤固化劑會(huì)使沙漠砂中鈣離子含量大于離子交換反應(yīng)所需含量， 同時(shí)提高固化土液相環(huán)境堿度，從而促進(jìn)凝膠物質(zhì)的產(chǎn)生以增大沙漠砂的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

當(dāng)磚紅壤的含水率為20%且密實(shí)度為100.0%時(shí)，未摻加HAS土壤固化劑時(shí)的磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度極大值約為0.243 MPa，不同HAS土壤固化劑摻量時(shí)磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度如圖2（b）所示。由圖可知： 與沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)類(lèi)似，隨著HAS土壤固化劑摻量的增大，磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大。當(dāng)HAS土壤固化劑摻量為0～2%時(shí)，磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著HAS土壤固化劑摻量的增大而緩慢增大； 當(dāng)HAS土壤固化劑摻量大于2%時(shí)，磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著HAS土壤固化劑摻量的增大而快速增大； 當(dāng)HAS土壤固化劑摻量為5%時(shí)，磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值，約為0.303 MPa，與未摻加HAS土壤固化劑時(shí)相比，磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大約24.6%； 當(dāng)HAS土壤固化劑摻量大于5%時(shí)，磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度反而減小，如HAS土壤固化劑摻量為6%時(shí)， 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度僅約為0.086 MPa。由此可得，磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的含水率、密實(shí)度、HAS土壤固化劑摻量的最優(yōu)組合為20%、 100.0%、 5%。

2.2 HAS土壤固化劑固化機(jī)制

HAS土壤固化劑在常溫條件下通過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)使沙漠砂、 磚紅壤的顆粒表面與礦物成分發(fā)生膠結(jié)，生成水合硅酸鹽等凝膠物質(zhì)，從而使顆粒表面硬化，相對(duì)松散的沙漠砂、 磚紅壤膠結(jié)成整體，增強(qiáng)顆粒間的黏結(jié)力以強(qiáng)化沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度。固化改性前磚紅壤黏結(jié)能力差，整體分散，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較小。當(dāng)沙漠砂、 磚紅壤的HAS土壤固化劑摻量較小時(shí)，隨著HAS土壤固化劑摻量的逐漸增大，沙漠砂、 磚紅壤的孔隙減少，孔徑減小，顆粒的直徑增大，表面形狀由片狀轉(zhuǎn)為塊狀，同時(shí)HAS土壤固化劑與沙漠砂、 磚紅壤生成更多凝膠物質(zhì)填充固化材料內(nèi)部的孔隙， 孔隙面積、 孔隙等效直徑減小，沙漠砂、 磚紅壤產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而提升沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)性。HAS土壤固化劑中所含的激發(fā)劑可以破壞礦渣、 粉煤灰中的玻璃體結(jié)構(gòu)，使沙漠砂與磚紅壤產(chǎn)生諸多缺陷，分離沙漠砂與磚紅壤中的原硅酸根離子，從而與沙漠砂、 磚紅壤中的活性成分發(fā)生水化反應(yīng)，生成鈣礬石針狀結(jié)晶體、 無(wú)定型文石等水化產(chǎn)物，與凝膠物質(zhì)一起充實(shí)沙漠砂、 磚紅壤顆粒的間隙，增大沙漠砂、磚紅壤的密實(shí)度，針狀鈣礬石晶體在顆?？紫吨谢ハ嘟豢?，與無(wú)定型文石等組合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提升固化土的抗?jié)B、抗壓等性能。如果能實(shí)施一定齡期的養(yǎng)護(hù)，HAS土壤固化劑與沙漠砂、 磚紅壤中活性成分反應(yīng)的生成物持續(xù)增多，固化土的力學(xué)性能會(huì)繼續(xù)提升。當(dāng)HAS土壤固化劑摻量過(guò)大時(shí)，沒(méi)有足夠多的沙漠砂、 磚紅壤與固化劑繼續(xù)反應(yīng)，而該固化劑本身由無(wú)機(jī)廢料制成，黏聚力較小，因此導(dǎo)致固化后沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度減小。

本文中未考慮養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)沙漠砂、 磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，所有試件均未養(yǎng)護(hù)，因此HAS土壤固化劑與沙漠砂、 磚紅壤沒(méi)有足夠時(shí)間充分接觸，從而導(dǎo)致改性效果不明顯。實(shí)際上，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，HAS土壤固化劑與沙漠砂、 磚紅壤活性成分反應(yīng)生成的凝膠物質(zhì)持續(xù)增多，從而使沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度繼續(xù)增大。此外，將在每種工況條件下開(kāi)展的6次重復(fù)試驗(yàn)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差除以平均值，可得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散系數(shù)均小于10% ，一定程度上表明了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。在施工工藝方面，相對(duì)于采用混凝土固化改性，HAS土壤固化劑可以節(jié)省大量來(lái)自砂石、 水泥的成本； 同時(shí)，HAS土壤固化劑由無(wú)機(jī)廢料制成，可以就地取材，節(jié)約運(yùn)費(fèi)。下一步將繼續(xù)研究養(yǎng)護(hù)齡期與溫度對(duì)HAS土壤固化劑固化改性后沙漠砂、磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。

3 結(jié)論

本文中通過(guò)開(kāi)展HAS土壤固化劑固化改性沙漠砂與磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)研究，探討沙漠砂、 磚紅壤的含水率和密實(shí)度對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，得出以下主要結(jié)論：

1）沙漠砂、 磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的最優(yōu)含水率分別為12%、 20%，在沙漠砂、 磚紅壤的密實(shí)度均最大的條件下，當(dāng)沙漠砂含水率從2%增至12%且磚紅壤含水率從8%增至20%時(shí)，沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別增大78%、 45.7%。在沙漠砂、 磚紅壤的含水率均最優(yōu)的條件下，當(dāng)沙漠砂的密實(shí)度從90.4%增至最大密實(shí)度100.0%且磚紅壤的密實(shí)度從80.0%增至100.0%時(shí)，沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別增大97.8%、 294%。

2）沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著HAS土壤固化劑摻量的增大而先增大后減小。沙漠砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的最優(yōu)HAS土壤固化劑摻量為4%，磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的最優(yōu)HAS土壤固化劑摻量為5%。當(dāng)沙漠砂與磚紅壤的含水率均最優(yōu)且密實(shí)度均最大時(shí)，隨著沙漠砂的HAS土壤固化劑摻量從0增至4%且磚紅壤的HAS土壤固化劑摻量從0增至5%，沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別增大27.1%、 24.5%，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大HAS土壤固化劑摻量， 沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均減小。 由此可知， 沙漠砂、 磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度取得極大值的含水率、 密實(shí)度、 HAS土壤固化劑摻量的最優(yōu)組合分別為12%、 100.0%、 4%，20%、 100.0%、 5%。

3）在不考慮沙漠砂、磚紅壤改性養(yǎng)護(hù)齡期的情況下，增大材料密實(shí)度對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的提升最有效，其次為改善沙漠砂、 磚紅壤的含水率。在上述2種方法的基礎(chǔ)上，摻加HAS土壤固化劑可以進(jìn)一步增大沙漠砂、 磚紅壤的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)齡期和溫度對(duì)摻加HAS土壤固化劑后沙漠砂、 磚紅壤無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響是值得進(jìn)一步探討的研究方向。

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（責(zé)任編輯：王 耘）

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51978166）

第一作者簡(jiǎn)介： 蔣夢(mèng)龍（1998—），男，山東棗莊人。碩士研究生，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程。E-mail： 1006002911@qq.com。

通信作者簡(jiǎn)介： 陳力（1982—），男，江蘇姜堰人。教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榉雷o(hù)工程。E-mail： li.chen@seu.edu.cn。