酸性环境干湿循环条件下膨胀土的膨胀特性及微观作用分析

弄清酸雨及干湿循环共同作用下膨胀土的膨胀性能及其微结构与矿物成分的变化,对研究酸雨区膨胀土的基本性质劣化及工程问题意义重大。为此,以广西酸雨重灾区百色原状膨胀土为对象,模拟酸雨(pH=3,5,7)与干湿循环(n=1,2,3,4)两者共同作用的环境,开展了无、有荷膨胀率试验,并采用扫描电镜(SEM)、压汞仪(MIP)和X射线衍射仪(XRD)分析了该环境下试样的微结构及矿物成分的演变规律。研究结果表明:酸性环境使试样的膨胀率增大,溶液的pH值越小,膨胀率越大;随干湿循环作用次数的增加,不同溶液环境下试样的膨胀率均先增大后趋于稳定,且2次作用后的增幅最大;经酸性环境与干湿循环共同作用试样的膨胀率增大更多,溶液pH值为3和5,经2次干湿循环后其膨胀率比pH值为7的分别增长了24.7%和7.9%;上覆压力能明显抑制试样膨胀率的增长,设定测试压力越大,该值下降越显著。酸性环境与干湿循环共同作用下膨胀率增大的机理可通过微观结构分析作出解释:酸性环境作用下膨胀土中游离SiO_2,Al_2O_3,K_2O,MgO,CaO等胶结物出现不同程度的溶蚀和淋滤,削弱了叠聚体结构间的联结作用,使面面叠聚结构的排列趋于分散,微孔隙体积及数目不断增大,同时遭受干湿循环作用后,土中微孔隙加速发育,土颗粒与溶液水间化学反应更剧烈,致使其膨胀变形进一步增大。因此,酸雨重灾区的膨胀土工程建设,必须考虑酸性环境与干湿循环共同作用造成的膨胀土基本性质劣化的不利影响。