EN-1固化土體的微觀特性的試驗分析

楊利民

摘要：為探究EN-1固化劑的材料屬性及固化土的微觀固化機理。本文采用IR spectrum、elemental analysis、X射線衍射測試、比表面積測試、SEM等微觀試驗來分析。研究結果表明：EN-1固化劑含有C、N、H三種元素，總含量很少，其固化劑土體未產生新的礦物。EN-1固化劑內含鏈式結構，可提高土顆粒的粘結力。隨著EN-1摻量增加，比表面積減小，但固化土體強度增強。

Abstract： In order to explore the material properties of EN-1 curing agent and the micro solidification mechanism of solidified soil， this report were analyzed by infrared spectroscopy， elemental analysis， XRD test， specific surface area test， scanning electron microscope and other microscopic tests. The research result shows that EN-1 curing agent contains C， N and H.， but little total content of them and no new mineral is produced in the solidified agent soil. EN-1 curing agent contains chain structure， which can enhance the cohesive force between soil particles. The more the amount of EN-1， the smaller the specific surface area and the stronger the strength of solidified soil.

關鍵詞：EN-1;固化土;微觀試驗;固土機理

Key words： EN-1;solidified soil;microscopic tests;curing mechanism

中圖分類號：TU411.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）14-0108-03

0 ?引言

對邊坡淺表層災害進行處理時，生態土壤固化劑的使用即能提高邊坡抗沖刷能力，也有利于生態環境恢復。同時生態土壤固化劑具有諸多優點，包括環保、無污染、成本造價低、施工方法簡單等。對此，國內外的學者們做了大量有關土壤固化劑各方面的研究，研究表明土壤固化劑不僅可以有效地提高土壤顆粒的聚集度，減少地表徑流沖刷造成的土壤流失[1-4]，而且根據配合比不同，固化土的力學性質可以得到一定的增強[5-6]。

關于固化劑國內外很多專家開展過大量研究，尤其是在其加固土壤的固化機理和耐久性等方面，并取得許多成果，而在對于能顯著提高土壤抗崩性、抗沖性及土壤浸水容量的EN-1固化劑方面上的研究卻較少[7-9]，對于EN-1固化劑微觀特性的研究不足。因此本文的重點是圍繞EN-1固化劑進行研究，并結合相關的室內試驗對EN-1固化土體的微觀特性進行分析。此外，該研究具有良好的社會效益，它對于避免水土流失和保護生態環境具有重要作用。

1 ?紅外光譜

1.1 制樣方法

1.1.1 配土方法

①素土：依照設計干密度和含水率，稱取適當的與之相應的干土和水，然后拌合均勻。

②固化土樣：把EN-1固化劑按照干土質量比劃分，分別為：0.1%、0.15%、0.2%與所需含水率為17.5%的水充分混合后，再將其與干土攪拌在一起，使二者進行充分攪拌。

完成土樣拌合之后，先密封并靜置12h，然后在水分得到充分且均勻的遷移的基礎上，開展下一環節的制樣操作。

1.1.2 制樣

將按照上述操作完成的土樣分為四層，之后裝入模具并壓實，分層厚度分別為：0mm、10mm、10mm。

①采用KBr壓片法，對直接取出的EN-1固化劑進行紅外光譜測試。

②采用上述的制樣方法，將含有0.1%、0.15%、0.2%的EN-1固化劑摻量的EN-1的固化土體制備出來，待其自然風干后，取適當樣品開展紅外光譜測試，采用的方法是KBr壓片法。

1.2 試驗結果分析

圖1為試驗結果圖。

由圖（a）可知，3066cm-1處出現的為羥基（-OH）吸收峰，該羥基屬于硫磺酸，1097cm-1處為S=O鍵的吸收峰，891cm-1處為S-O鍵的吸收峰，兩者均屬于硫磺酸;2500cm-1、1663cm-1處的吸收峰均為R基;由此可知，EN-1固化劑中含有硫磺酸、硫化油等劑，具有良好的減薄水膜的作用。由圖（b）可知1663cm-1處的吸收峰依然在，EN-1固化劑的吸收峰并未消失，且新的官能團也未出現。

2 ?元素分析

本次試驗采用適量EN-1固化劑進行測試，固化劑中的元素含量如表1所示。從表中可知：EN-1固化劑中C、N、H三種元素中，H元素最多，C元素次之，N元素含量非常少，且三種元素的含量總量很少。

3 ?X射線粉末衍射

3.1 制樣方法

首先制作固化土樣，要求每個樣品具有不同劑量的EN-1固化劑，然后將準備好的土樣放入到烘箱中，待其烘干后，再利用研缽研磨固化土體，研磨結束的標準是土樣成為沒有顆粒感的粉末，最后完成壓片操作。本試驗選用的試驗儀器就是X/Pert3 PRO型X射線粉末衍射儀，該設備是由荷蘭PANalytical公司首先提出的。

3.2 試驗結果分析

固化土體和素土的XRD圖譜如圖2所示。

由圖2可知：①圖中可知SiO2的衍射峰較強，這表明二氧化硅大量存在，并且出現了鈣長石CaAl2Si2O8·4H2O的特征衍射峰，說明有石英、長石等礦物存在土壤中;高嶺石Al2Si2O5（OH）4存在較明顯的衍射峰，該產物形成的主要原因是長石和其他硅酸鹽礦物發生蝕變導致的，其成分主要包括花崗巖的重要組成成分和硅酸鈣Ca2SiO4等各類礦物質。通過分析得出，土壤中的礦物主要有花崗巖、長石、石英等。②由于EN-1固化劑土體并未存在新的衍射峰，表明并未形成新礦物，但是對于礦物的衍射峰不同，其峰強也略有不同。

4 ?比表面積

測定中孔、微孔等材料的表面積和孔結構特性即為比表面積測試。測試儀器選用的是ASAP 2020M，該儀器來自美國Micrometric公司。制作EN-1固化土體，放入烘箱中烘干后，進行測試。具體測試結果如表2。

由表2可知，PAM固化土體的比表面積在加入摻量時會突然下降，隨著摻量的增加，比表面積下降的較慢，但整體上比表面積和摻量呈反比，隨著摻量的增加比表面積會減小。對土顆粒而言，固化劑具有團聚的作用，且土顆粒之間的粘結力也隨之增強，這使得土顆粒之間的排列更加緊密，從而使土體的加固作用得以實現。

5 ?掃描電鏡

5.1 制作試樣

制作固化土樣自然風干，取一定量土樣掰斷，得到較平整的新鮮斷面，用導電膠上粘貼在樣品臺上，并將其表面的擾動顆粒用吸啞球除去，獲取較為完整的試樣，然后進行噴金處理，即為觀測斷面，進行電鏡掃描。選用試驗儀器為S-4800型場發射掃描電子顯微鏡，該儀器來自日本Hitachi公司。

5.2 掃描電鏡結果分析

圖3為素土EN-1固化土體的SEM結果。

分析圖3發現：①素土試樣的孔隙較為發達，壓實作用和較微弱的毛細水作用會將土顆粒連接在一起，但是這種連接力是非常小的，因此無法將土體連接為一個整體。②有明顯的團聚體結構和堆疊結構存在于EN-1固化土體中，這使得土體結構能緊密的連接在一起，結構單元體面-面接觸明顯，土顆粒形成一個整體，從而土體強度增強了。

6 ?結論

①EN-1固化劑鏈式結構有利于土顆粒的加固，具有較強的吸收峰，其不會被土體完全覆蓋，也沒有在結合土體后生成新物質。②EN-1固化劑中的三種元素C、N、H，它們的含量分別為：H元素最多，C次之，N元素含量非常少，但它們三個元素的總含量都很少。③該土壤中礦物主要有花崗巖、長石、石英等。在試驗中，EN-1固化劑土體中的衍射峰未發生變化，表明新礦物并未出現，且不同礦物衍射峰的峰強并不一致。④隨著摻量的增加EN-1固化土體的比表面積會逐漸減少，這表明EN-1固化劑的存在會增加土顆粒之間的粘結力，讓土顆粒更加緊實，從而實現土體加固的目的。⑤EN-1固化土體中有明顯的團聚體結構和堆疊結構，土體結構連接緊密，結構單元體面面接觸明顯，土顆粒形成一個整體，增強了土體強度。

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