黏土礦物與堿激發(fā)地聚物的相互作用機(jī)理*

呂擎峰 何俊峰 王子帥 俞晶晶 李策策

(蘭州大學(xué)西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 蘭州 730000，中國)

0 引 言

土體中黏土礦物作為最活躍的顆粒組成部分，對土的液塑性、強(qiáng)度和膨脹性等物理力學(xué)性質(zhì)起著至關(guān)重要的作用(冷挺等， 2019)，也是危害工程和造成地質(zhì)災(zāi)害的主要原因之一(田尤， 2016； 曹世超等， 2019)，因此降低黏土礦物的活性，增強(qiáng)土體穩(wěn)定性對于工程建設(shè)具有實(shí)際意義(魏麗等， 2018)。

地聚物是一種新型無機(jī)硅鋁質(zhì)膠凝材料，它是由具有活性的硅鋁質(zhì)原料在堿性環(huán)境下生成的(Davidovits， 1989)。粉煤灰是生成地聚物的主要原料之一，來源于火力發(fā)電廠中磨細(xì)的煤灰在鍋爐中高溫燃燒后剩余的以玻璃相為主的灰塵。在堿激發(fā)生成的地聚物中水玻璃展現(xiàn)出更好的力學(xué)性質(zhì)與耐久性(Shi et al.， 2006)，所以是主要的堿激發(fā)劑之一。粉煤灰在水玻璃激發(fā)下生成地聚物的原理為小于7 μm的玻璃相顆粒，在強(qiáng)堿(pH>13.4)環(huán)境的影響下，使聚合度較高的玻璃體網(wǎng)絡(luò)中部分Si-O鍵與Al-O鍵斷裂，形成不飽和活性鍵，脫水縮聚在空間上形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(高麗敏， 2007； Silva， 2007； 韓湯益， 2016； 連會青等， 2018)。

堿激發(fā)地聚物作為一種以天然礦物、固體廢棄物作為原料的凝膠材料，具有耗能低，無污染，強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種良好的固化土的材料。國內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者及機(jī)構(gòu)對堿激發(fā)地聚物固化土體進(jìn)行了研究(張大捷等， 2007； Zhang et al.， 2013； 呂擎峰等， 2016； 孫秀麗等， 2017； 俞家人等， 2019； 何俊等， 2019)，其機(jī)理為堿激發(fā)地聚物生成了水化硅鋁酸鈉、硅鋁酸鈣及碳酸鈣等，填充于土體顆粒孔隙，提升土體整體性，對于地聚物如何與土中黏土礦物顆粒相互作用較少提及。堿……