摘要
针对我国东部沿海地区广泛分布的滨海盐渍土对道路路基的严重腐蚀与盐胀破坏问题，本研究深入探讨了石灰处治滨海盐渍土的长期耐久性机理。通过室内模拟海洋大气-干湿循环-氯盐侵蚀的耦合环境，系统研究了石灰稳定盐渍土在复杂侵蚀条件下的微观结构演变、离子迁移规律与力学性能退化机制。基于研究成果，提出了适用于不同盐渍化程度和工程条件的多层次复合处治技术体系，并在环渤海地区多项工程中成功应用验证。
一、滨海盐渍土的环境侵蚀特征与工程挑战
- 滨海盐渍土的形成与分布
成因：海水浸渍、海潮淹没及海风携带盐分沉积，地下水矿化度高。
主要盐分：以NaCl、MgCl₂为主的氯盐渍土为主，含盐量一般在1%-3%之间，部分地区可达5%以上。
工程特性：具强腐蚀性（Cl⁻侵蚀）、吸湿性强（潮解）、并伴有一定的盐胀性。
- 传统石灰处治面临的新挑战
氯盐的抑制作用：高浓度Cl⁻会延缓甚至阻碍石灰与土粒间的火山灰反应，影响胶结强度。
盐分结晶-潮解循环：在干湿交替下，盐分反复结晶膨胀与溶解流失，导致结构疏松。
硫酸盐的潜在风险：部分滨海盐渍土含少量硫酸盐，与石灰反应可能生成膨胀性钙矾石。
长期性能的不确定性：在海洋大气和干湿循环耦合作用下，处治土的长期耐久性缺乏系统研究。
二、氯盐环境下石灰稳定土的性能退化机理
- 微观结构演化规律
SEM-EDS分析：经历干湿循环后，未处治盐渍土颗粒间被大量NaCl晶体填充并胶结；而石灰处治土中，盐晶体主要出现在孔隙和微裂纹中，部分Ca(OH)₂被溶解，凝胶产物表面有Cl元素富集。
XRD与热重分析：证实了Friedel's盐（3CaO·Al₂O₃·CaCl₂·10H₂O）的生成，这是Cl⁻被化学固定的证据，但固定量有限。长期循环后，Ca(OH)₂特征峰持续减弱，而NaCl峰保持稳定。
孔隙结构演变（MIP）：干湿循环导致最可几孔径向大孔方向移动，总孔隙率增加。石灰处治虽能改善初始结构，但无法完全阻止循环造成的劣化。
- 离子迁移与化学反应
Cl⁻的迁移与固定：Cl⁻通过毛细作用和扩散进入材料内部。石灰的高碱环境促使部分Cl⁻与铝相反应生成Friedel's盐，实现化学固定，但固定容量取决于铝源含量。大部分Cl⁻以游离态存在，构成腐蚀风险。
Ca²⁺的流失：在干湿循环的“湿”阶段，孔隙溶液中的Ca²⁺可能随水分迁移至表层，蒸发后形成碳酸钙白霜，导致内部有效钙离子减少，削弱胶结作用。
pH值的动态变化：初期pH>12，随Ca(OH)₂消耗和盐分影响，pH值缓慢下降，影响胶凝体系的长期稳定性。
- 宏观力学性能退化模型
建立考虑盐分浓度（S）、干湿循环次数（N）和石灰掺量（L）的抗压强度衰减模型：
q_u(N) = q_u0 * exp(-k * S^α * N^β) + C * L
其中，k, α, β为材料与环境常数，C为石灰贡献系数。
试验表明，在3%含盐量下，经60次干湿循环后，传统石灰土（掺量6%）的强度保留率仅为45%-55%。
三、提升滨海盐渍土长期耐久性的复合处治技术
- 石灰-矿物掺合料复合胶凝体系
技术原理：引入富含活性Al₂O₃和SiO₂的掺合料，如偏高岭土（MK）、粒化高炉矿渣（GGBS）或低钙粉煤灰。
作用：
提供铝源：增加生成Friedel's盐的能力，提高Cl⁻化学固定量，降低游离Cl⁻浓度。
消耗Ca(OH)₂：通过火山灰反应生成更多C-S-H和C-A-H，细化孔隙，降低渗透性。
改善微观结构：形成更致密、更稳定的凝胶体系。
推荐配比：石灰: GGBS/MK : 土 = 4: 15-20 : 76-81。
- 石灰-水玻璃双液注浆强化技术（适用于已建路基修复）
技术原理：先注入稀石灰浆（提供Ca²⁺和碱环境），再注入模数适宜的水玻璃（Na₂O·nSiO₂）。两者在土体中迅速反应生成硅酸钙和硅酸凝胶，瞬间胶结土粒并填充孔隙。
优势：
即时强度：反应迅速，能快速稳定受损路基。
整体封闭：形成的凝胶网络可有效阻隔水分和盐分的迁移通道。
耐蚀性：反应产物在盐溶液中稳定性好。
工艺参数：水玻璃模数2.8-3.2，浓度30-35°Bé，双液体积比1:1，注浆压力0.3-0.5MPa。
- 表层防水与盐分隔离层技术
结构设计：在石灰处治层顶面增设复合隔离层。
第一层：喷洒阳离子乳化沥青或硅烷类渗透型防水剂，形成憎水膜。
第二层：铺设长丝土工布（200g/m²以上）作为应力缓冲和排水层。
第三层：设置一定厚度的砂砾层（10-15cm），阻断毛细水上升。
作用：多道防线最大限度地减少外部水分（降雨、海雾）入渗和内部盐分随毛细水上升。
四、工程应用案例与长期性能监测
- 应用案例：黄骅港疏港公路路基处治
地质条件：典型滨海氯盐渍土，表层含盐量2.5%-3.8%，地下水位高。
处治方案：采用石灰（5%）-GGBS（18%）复合稳定，处理深度80cm，顶部设置“乳化沥青+土工布+砂砾”隔离层。
监测结果（5年期）：
弯沉监测：路基顶面计算弯沉值稳定在80-100（0.01mm），符合设计要求。
盐分迁移：在隔离层下方取样，含盐量较处治初期仅增加约0.2%，表明隔离效果显著。
表观状况：路肩未见明显盐霜析出，路面平整无变形。
对比段：相邻仅采用传统石灰土处治路段，3年后出现局部网状裂缝和盐胀变形。
- 应用案例：舟山连岛工程桥头路基防护
特殊挑战：海风强劲，干湿交替频繁，氯离子侵蚀严重。
技术方案：对桥头过渡段30米范围，采用石灰-水玻璃双液注浆进行深层加固，注浆深度2米。
效果评估：加固后，桥头跳车现象基本消除。钻芯检测显示，浆脉在土体中形成网络状骨架，芯样完整，强度均匀。
五、全寿命周期经济性与环境效益评估
- 成本分析
初期投资：复合处治技术（材料+隔离层）较传统石灰土成本增加约25%-40%。
养护成本：预计大修周期可从传统方案的5-8年延长至15年以上，全寿命周期养护成本降低50%以上。
社会成本：减少因路基病害导致的交通中断、行车安全风险和社会经济损失。
- 环境效益
固废资源化：大量利用GGBS等工业副产品。
减少盐碱扩散：有效固化土中盐分，降低对周边水土环境的次生盐渍化风险。
耐久性提升：减少翻修次数，节约建筑材料，降低全生命周期碳排放。
六、结论与展望
- 主要结论
滨海盐渍土的环境侵蚀具有复杂性，单纯石灰处治难以保证长期耐久性。石灰与矿物掺合料复合、结合表层综合隔离或深层注浆加固的“标本兼治”技术体系，是解决滨海盐渍土路基问题的有效途径。其核心在于提升材料自身的抗蚀能力与阻断外部侵蚀介质的传输通道。 - 未来研究方向
新型抗氯盐胶凝体系：研发基于地质聚合物或硫铝酸盐水泥的低碳高抗蚀胶凝材料。
智能监测与预警：在路基中埋设氯离子传感器和湿度传感器，建立基于物联网的盐分侵蚀实时监测与预警系统。
生物固化技术探索：研究利用微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）辅助固定盐分和加固土体的可行性。
标准化进程：制定《滨海盐渍土地区路基石灰复合处治技术规范》，指导工程设计施工。
本研究为滨海地区道路建设提供了关键技术支持，对保障“交通强国”战略在沿海地区的实施，提升重大基础设施的耐久性和服役安全具有重要现实意义。
