一、引言
我国磷石膏年产量超过8000万吨,综合利用率不足40%,大量堆存不仅占用土地,其酸性渗滤液还对周边水体和土壤造成严重污染。与此同时,西南地区广泛分布的红黏土具有天然含水率高、收缩性大、承载力低等不良工程特性,直接用作路基填料存在显著风险。

将磷石膏与石灰复配用于稳定红黏土,是一条“以废治土”的技术路径。磷石膏主要成分为CaSO₄·2H₂O,在石灰提供的碱性环境中,SO₄²⁻可与铝相矿物反应生成钙矾石(AFt),与C-S-H共同构成胶凝体系。然而,西南地区雨季长、干湿交替频繁的气候特征对路基材料的长期稳定性提出了严峻挑战。本文通过干湿循环试验,系统评价石灰-磷石膏稳定红黏土在干湿交替环境下的强度演化与水稳定性。
二、材料与试验方案
红黏土取自贵州某典型红黏土分布区,天然含水率高、塑性指数大。石灰采用市售Ⅲ级消石灰。磷石膏取自瓮福磷矿,主要成分为CaSO₄·2H₂O。外加剂OTS-02型掺量为10%。
配合比设计为石灰:磷石膏:红黏土=8:46:46。在最佳含水率下制备压实度为90%、93%和96%的三组试件。标准养护28天后,开展干湿循环试验(每个循环包括浸水24h和自然干燥48h),分别测试0、1、3、5、7次干湿循环后的无侧限抗压强度和质量变化。
三、试验结果与分析
强度演化规律:随着干湿循环次数的增加,石灰-磷石膏稳定红黏土的强度呈先小幅上升后逐渐下降的趋势。在干湿循环初期(1~3次),由于未充分水化的胶凝材料在水分作用下继续反应,强度略有增长;随着循环次数增加(5~7次),干湿交替产生的胀缩应力逐渐累积,导致微观结构损伤,强度开始下降。
压实度的影响:压实度越高,试件抵抗干湿循环损伤的能力越强。96%压实度试件经7次干湿循环后的强度保持率显著高于90%压实度试件。高压实度降低了土体的孔隙率,减少了水分侵入的通道,从而延缓了干湿交替对微观结构的损伤。
水稳定性:石灰-磷石膏复合稳定体系通过火山灰反应生成C-S-H凝胶、通过硫酸盐激发生成钙矾石,双重胶凝产物填充了土体孔隙,使红黏土的水敏感性显著降低。浸水条件下试件的强度损失率远低于未处理红黏土。

四、微观机理分析
石灰水化生成的Ca(OH)₂提供了碱性环境,激发了磷石膏和红黏土中活性矿物的反应。磷石膏中的SO₄²⁻在碱性条件下与红黏土中溶出的Al³⁺和石灰提供的Ca²⁺反应生成钙矾石;同时,红黏土中的活性SiO₂与Ca(OH)₂反应生成C-S-H凝胶。钙矾石的针状晶体和C-S-H的网状凝胶相互交织,共同构建了致密的微观结构,这是石灰-磷石膏稳定红黏土具有良好水稳定性的根本原因。

五、结语
石灰-磷石膏复合稳定体系通过C-S-H凝胶和钙矾石的双重胶凝作用,显著提升了红黏土抵抗干湿循环损伤的能力。在配合比石灰:磷石膏:红黏土=8:46:46、OTS-02型外加剂10%的条件下,96%压实度试件表现出最优的干湿循环耐久性。该技术实现了磷石膏废渣的资源化利用与红黏土不良工程特性的同步改善,在西南地区道路工程中具有广阔的推广应用前景。