微观分析:水泥固化硫酸污染土中水化产物与孔隙结构的相互关系

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：图3.7水泥固化硫酸污染土微观照片水泥土的电阻率主要来源于两部分，一部分是各种水化产物自身的电阻率，另一部分是水泥土孔隙水的电阻率，水化产物的电阻率值很大，所以水泥土的电阻率取决于孔隙水，孔隙结构越致密则导电性越差，电阻率越大，反之则电阻率越小。

硫酸对水泥土的腐蚀源于H＋与水泥水化生成的Ca（OH）2发生中和反应，导致C-S-H 分解破坏，腐蚀产物为无胶凝性的SiO2胶体和相应的酸盐，另外，SO24－与水泥水化产物发生反应，生成具有膨胀性的物质也是水泥土遭受侵蚀的原因。

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图3.6　抗压强度qu与水泥土电阻率ρs的关系

从图3.7 （a）中我们可以看到，无硫酸腐蚀情况时，絮状物质对土颗粒的包裹很充分，且很均匀，基本上没有外露的土颗粒，但是随着硫酸含量的逐渐增大，絮状物质逐渐减少，当硫酸含量达到18g/kg和22.5g/kg时，如图3.7 （e）和图3.7 （f），粒径较大的颗粒已经外露，絮状物质没有明显包裹土颗粒的迹象，导致水泥土强度降低。硫酸含量等于9g/kg时强度增加是因为：由图3.7 （g）我们发现水泥土孔隙中有少量针状晶体的存在，疑为3CaO·Al2O3·3CaSO4·31 H2O，由于试验中的水泥土是在黏性土中掺入少量水泥拌制而成，因此水泥土中Ca （OH）2是不饱和的，水泥土中有大量的孔隙，在这些孔隙中允许一定量的膨胀物质产生，且膨胀物质均匀填塞水泥土的孔隙，使得水泥土的密实性增强，进而提高了水泥土的强度，与之相比，CSH分解等原因导致水泥土试块强度降低值要小，因此水泥土试块强度表现为增大。这就是说，含有一定量硫酸的水泥土，并不一定会因硫酸腐蚀而破坏，相反，在水泥土内部均匀分布的结晶膨胀，填充孔隙，可能有利于水泥土强度的提高。

硫酸含量小于9g/kg时强度降低是因为：通过微观观察，在硫酸含量为1.5g/kg和4.5g/kg的水泥土的密实性较差，水泥土中没有发现具有填充作用的膨胀性物质3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O，但是，硫酸又消耗了水泥水化过程产生的Ca（OH）2，影响了起胶结作用物质的生成量，所以，该硫酸含量的水泥土强度降低。

硫酸含量大于9g/kg时强度降低是因为：H＋含量很高时，破坏了C-SH平衡。通过微观观察，当水泥土中硫酸含量增加到18g/kg和22.5g/kg时，一方面水泥的水化产物大部分跟硫酸发生反应，即产生脱钙现象，土颗粒不能被胶结物质充分包裹，如图3.4 （h）所示；另一方面，我们发现在水泥土中有大量的膨胀性物质3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O存在，膨胀性物质产生的膨胀力可能已经超过了胶结性物质的胶结力，在这两方面不利因素的影响下，水泥土的孔隙增加，密实度减小，强度明显降低。

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图3.7　水泥固化硫酸污染土微观照片

水泥土的电阻率主要来源于两部分，一部分是各种水化产物自身的电阻率，另一部分是水泥土孔隙水的电阻率，水化产物的电阻率值很大，所以水泥土的电阻率取决于孔隙水，孔隙结构越致密则导电性越差，电阻率越大，反之则电阻率越小。

水泥土的电阻率随着其无侧限抗压强度的增加而增大，这是由于水泥土强度越高，土颗粒之间的连接就越紧密，孔隙比就越小，孔隙的连通性变差，降低了孔隙的整体导电性，使水泥土的电阻率升高。

微观分析:水泥固化硫酸污染土中水化产物与孔隙结构的相互关系

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