石灰固化盐渍土

6.2.1　石灰固化盐渍土

土中掺加石灰后，初期表现为土的结团，塑性降低，后期由于结晶结构的形成，提高了其整体性、强度和耐久性。石灰与土颗粒间发生了物理吸附作用、物理化学作用和化学作用。石灰加入土中后，发生的物理吸附作用使得土粒表面的自由能和亲水能力降低，有利于土粒的聚结。石灰对土粒的物理化学和化学作用可以归纳为以下4种^［11］。

1．离子交换作用

石灰加入土中以后，氢氧化钙能够溶解于水，进入溶液内并解离成带正电荷的钙离子和带负电荷的氢氧根离子。同样，石灰中的氢氧化镁解离成镁离子和氢氧根离子。当土中黏土颗粒的扩散层大都是一价的K⁺、Na⁺等离子时，石灰中的Ca²⁺、Mg²⁺离子与土中的K⁺、Na⁺进行交换作用。交换的结果使得胶体扩散层的厚度变薄，电位降低，颗粒之间结合得更紧密，加强了石灰土的凝聚结构，使得土的分散性、收缩性和膨胀性降低，改善了土的工程性质。

2．氢氧化钙的碳酸化反应

石灰加入土中以后，氢氧化钙吸收二氧化碳，生成不溶解的碳酸钙，简称为碳化反应。碳酸钙是具有较高强度和水稳性的结晶体。碳酸钙晶粒或是互相共生，或与土粒等物质共生，从而对土起到一种胶结作用，使土得到加固。另外，当发生碳化反应时，碳酸钙固相体积比氢氧化钙固相体积稍有增大，使石灰土更加紧密，从而使它坚固起来。

在自然养护下，试样直接与大气接触，因此碳酸钙生成量多。但是在水分的参与下，许多Ca(OH)₂以Ca²⁺和OH^－的形式存在，并与土优先发生了化学反应，因而湿养及恒温恒湿养护时，试件虽也与空气接触，但碳酸钙的生成量较少。在封闭养护时，由于基本隔绝了空气，所以碳酸钙生成最少。

3．火山灰反应

石灰加入土中后，氢氧化钙与土中的活性氧化硅和氧化铝作用，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，称为火山灰反应。它们具有水硬性，是一种强度较高、水稳性较好的反应生成物。由于它们的形成、长大以及晶体间互相接触和连生，使得土颗粒之间的联结得到加强，增加了土颗粒之间的固化凝聚力，因此提高了石灰土的强度和水稳性。

4．氢氧化钙的结晶反应

大量的石灰加入土中，氢氧化钙溶解于水，形成过饱和溶液，氢氧化钙晶体析出，晶体互相结合，并与土颗粒等物质结合起来，形成共晶体。结晶的氢氧化钙溶解度非常小，促使石灰土强度和水稳性有所提高。

石灰加入土中后，石灰小团粒逐渐向土颗粒周围移动，进而和土颗粒表面的SiO₂、Al₂O₃作用生成新物相(凝胶)，使得土颗粒界面的化学成分发生变化，同时，土颗粒之间的联结也发生了变化。土颗粒之间的胶结物形成了联结桥，使得石灰土的结构趋向于联成一体的整体结构。石灰土的结构经历了由松散粒状结构→颗粒间产生凝胶，胶结土颗粒→部分凝胶结晶、碳化，形成结晶缩合结构→形成联成一体的整体结构，这样一个发展变化过程。

石灰土强度提高最先得益于石灰土中的离子交换反应，石灰与土颗粒发生化学反应对强度的影响最为显著。在上述4种反应中，离子交换反应的速度最快，使得土的凝聚结构得到加强，从而改善了土的初期性质;氢氧化钙的碳化反应最慢，它是石灰土后期强度继续增长的主要原因。

在石灰土的强度形成阶段，保持土中的水分对提高加固效果有明显的作用。较高的温度对石灰和土之间的化学反应有利，因而可以获得较高的强度。