三元固废与水泥协同固化盐渍土的水力特性变异机制及工程应用研究

针对盐渍土工程中水盐迁移引发的盐胀、腐蚀等问题，宁夏大学团队创新采用粉煤灰-硅灰-砖粉-水泥四元固化体系，通过压力板试验、变水头渗透试验及FT-IR/SEM等分析，系统揭示了固化对土体持水性、渗透性及水稳定性的调控机制，为盐渍土路基与渠道防渗提供了低成本绿色加固方案。

　　

盐渍土广泛分布于我国西北、东北等干旱区，其高盐分与冻融循环作用导致路基盐胀、渠道衬砌腐蚀等工程病害，每年造成数十亿元损失。传统水泥固化存在高碳排放缺陷，而工业固废（如粉煤灰、砖粉）的协同利用既能提升性能又符合双碳战略。然而，现有研究多聚焦力学性能，对固化后水力特性（水盐运移的核心指标）的系统研究仍属空白。

宁夏大学李洪波团队在《Powder Technology》发表研究，首次将粉煤灰、硅灰、砖粉与水泥组成四元固化体系处理硫酸盐盐渍土。通过压力板试验（SWCC曲线测定）、变水头渗透仪、接触角测试及崩解试验等宏观手段，结合傅里叶红外光谱（FT-IR）和扫描电镜（SEM）微观分析，揭示了固化剂对土体孔隙结构与表面特性的改造机制。

材料与方法
研究采用宁夏平罗县硫酸盐盐渍土（粒径<2 mm），按GB/T 50123-2019测定基本物化指标。固化剂含42.5级硅酸盐水泥、粉煤灰（FA）、硅灰（SF）和砖粉（BP），设计5组配比（水泥:FA:SF:BP=10:3:2:1等）。通过压力板试验获取冻融循环下的土-水特征曲线（SWCC），变水头法测渗透系数，座滴法测接触角，并结合FT-IR分析化学键变化、SEM观察孔隙形貌。

压力板试验分析
固化使土体进气值提升47.2%，持水能力增强，但冻融循环会扩大孔隙，导致饱和体积含水率递增（5次循环后增幅达23%）。值得注意的是，600 kPa压力下固化土表面析出水滴（图13），未处理土则无此现象，表明固化产物形成了疏水-亲水微区共存结构。

变水头渗透试验
初期渗透系数因Na⁺/Ca²⁺交换而增大1-2个数量级，但28天后，20%掺量组的渗透系数降至1.7×10^-6 cm/s，较原土降低85%。SEM显示水化产物（C-S-H凝胶）和火山灰反应产物堵塞了>1 μm的渗流通道。

接触角与崩解特性
接触角从14.02°增至89.24°，固化土浸水28天仅表层剥落，而未处理土5分钟内完全崩解。FT-IR证实Si-O-Si键增加导致表面能降低，SEM显示固化后粗糙度（Ra）提升3.8倍，形成“荷叶效应”类疏水表面。

讨论与结论
研究首次发现固化土在高压下析水的特殊现象，揭示了固废协同作用通过三重机制改善水力特性：① 物理填充（FA/BP减少>50 nm孔隙）；② 化学键合（FT-IR中1,420 cm^-1处CO₃^2-峰减弱）；③ 表面拓扑重构（SEM观测到纳米级突起）。该成果为盐渍土区渠道防渗与路基抗冻设计提供了理论依据，且固废利用率达60%，契合国家“无废城市”建设需求。未来需进一步研究多场耦合（干湿-冻融-荷载）下的长期性能演变规律。