冻融-盐蚀耦合环境下石灰稳定盐渍土的耐久性退化机理与提升策略

日期:2026-08-14 01:48 来源:润丰矿业 作者:赵明 浏览量:11

日期:2026-08-14 01:48 作者:赵明 浏览量:11

一、引言
盐渍土在我国西北干旱半干旱地区以及东部沿海地区分布极为广泛。这类土体中富含硫酸盐、氯盐等可溶盐,具有显著的盐胀、溶陷和腐蚀特性,直接用作路基填料往往导致路面隆起、开裂、松散等严重病害。石灰稳定技术凭借其离子交换、火山灰反应和胶凝增强等多重作用,成为处治盐渍土最常用的技术手段。

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然而,当盐渍土分布区同时位于季节性冻土区时,石灰稳定土面临的服役环境更为严苛——冻融循环与盐蚀侵蚀形成耦合效应,对稳定土的微观结构和宏观性能造成双重损伤。研究表明,冻融环境下盐渍土会产生显著的强度劣化,而这种劣化在石灰稳定土中同样不容忽视。冻融环境下石灰改良盐渍土的最优石灰掺量约为11%,但即使达到最优掺量,冻融-盐蚀的长期耦合作用仍可能导致性能退化。深入理解这一耦合损伤机理,对于盐渍土地区道路工程的耐久性设计具有重要意义。

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二、冻融-盐蚀耦合损伤机理
2.1 盐蚀对石灰稳定土的侵蚀作用
盐渍土中的可溶盐对石灰稳定土的侵蚀主要体现在两个方面。其一,硫酸盐在石灰提供的碱性环境中与火山灰反应产物水化铝酸钙(C-A-H)反应,生成钙矾石(AFt)。钙矾石晶体的形成伴随着约2.5倍的体积膨胀,足以撑裂已硬化的石灰土体,造成结构性破坏。其二,氯盐的渗透会改变石灰土内部的离子平衡,加速Ca²⁺的溶出,削弱C-S-H凝胶的胶结作用。研究证实,随含盐量的增加,石灰固化盐渍土的无侧限抗压强度和抗剪强度均呈降低趋势。

2.2 冻融循环的累积损伤效应
冻融循环对石灰稳定土的损伤主要通过以下途径实现:土中孔隙水在冻结时体积膨胀约9%,产生冻胀应力,反复作用下逐渐破坏土颗粒间的胶结结构;融化时冰晶消失,土体强度骤降,结构趋于疏松。冻融循环的累积效应表现为每次循环都会造成一定程度的不可逆损伤。研究表明,经历10次冻融循环后,石灰-粉煤灰复合固化盐渍土的强度仍可保持较好水平,证实复合固化可在一定程度上逆转冻融损伤。但这一“逆转”效应存在上限——当冻融循环次数超过临界值后,损伤累积效应将占据主导。

2.3 冻融-盐蚀的耦合增强效应
冻融循环与盐蚀并非简单的叠加关系,而是相互促进、相互放大的耦合过程。冻融循环产生的微裂缝为盐溶液的渗透提供了通道,加速了盐蚀的化学侵蚀进程;盐蚀导致的胶结物溶解和钙矾石膨胀又进一步削弱了土体抵抗冻胀应力的能力,使冻融损伤更为严重。这一正反馈机制使得耦合环境下的性能退化速率远高于单一因素作用下的退化速率。

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三、耐久性提升策略
3.1 材料层面的优化
针对冻融-盐蚀耦合环境,石灰稳定盐渍土的配合比设计需要进行针对性调整。研究建议将石灰掺量提高至10%~12%,以确保有足够的Ca(OH)₂与土中活性组分发生充分反应,同时消耗部分可溶硫酸盐。此外,复合固化是提升耐久性的有效途径——在石灰中掺加粉煤灰等辅助胶凝材料,石灰-粉煤灰复合固化剂的最优配合比为石灰6%、粉煤灰9%。粉煤灰的火山灰反应可生成更多的C-S-H凝胶,提高土体的密实度和抗渗性,从而延缓盐溶液渗透和冻胀损伤。

3.2 施工与养护层面的控制
施工含水率的控制至关重要——过高的含水率会增加冻胀的水分来源,过低的含水率则不利于火山灰反应的充分进行。应根据现场气候条件和土质特性,通过试验确定最佳施工含水率。养生条件的保障同样不可忽视,充足的养生时间可使火山灰反应更为充分,形成更致密的微观结构,从而增强抵抗冻融-盐蚀耦合损伤的能力。

四、结语
冻融循环与盐蚀侵蚀的耦合作用是导致盐渍土地区石灰稳定路基耐久性退化的核心机制。冻融产生微裂缝、盐蚀溶解胶结物并生成膨胀性钙矾石,二者相互促进形成损伤的正反馈循环。通过提高石灰掺量、引入粉煤灰等辅助胶凝材料进行复合固化,以及严格控制施工含水率和保障充足养生,可有效提升石灰稳定盐渍土在冻融-盐蚀耦合环境下的长期耐久性。未来应进一步开展长期现场跟踪观测,建立耦合环境下的寿命预测模型,为盐渍土地区道路工程的耐久性设计提供科学支撑。

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