石灰-磷石膏协同稳定红壤力学性能的Box-Behnken设计优化研究及其环境工程应用

本研究针对红壤(RS)力学性能差和磷石膏(PG)工业废料堆积问题，创新性地采用Box-Behnken设计(BBD)方法优化石灰(L)-PG复合稳定配方。来自未知机构的研究人员通过XRF/XRD/FTIR/SEM-EDS等多维表征发现，10wt%L+≤32wt%PG组合使无侧限抗压强度(UCS)从1.67MPa提升至4.48MPa，塑性指数降低27.7%，且未诱发钙矾石膨胀。微结构分析显示CaSO4·2H2O微晶的填充效应实现了绿色加固，为工业废料资源化提供了新范式。

　　

这项突破性研究揭示了石灰(L)与磷石膏(PG)协同稳定红壤(RS)的分子机制。通过Box-Behnken设计(BBD)系统优化配比，发现10%石灰与≤32%PG的黄金组合能显著提升材料性能。X射线荧光(XRF)证实混合物中富含Ca²⁺和SO₄^2-离子，但令人惊讶的是，傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)均未检测到具有破坏性的钙矾石生成。扫描电镜(SEM)捕捉到有趣的微观景象：针状二水石膏晶体像"分子钢筋"般穿插于土壤颗粒间，能量色散谱(EDS)图谱显示这些晶体富含钙硫元素。差热-热重联用技术(DTA-TG)进一步证实，这种独特的微观结构使复合材料在热力学上更加稳定。特别值得注意的是，处理后的红壤塑性指数从17.47%降至12.64%，同时无侧限抗压强度(UCS)实现268%的惊人提升，从1.67MPa飞跃至4.48MPa。这些发现不仅为软弱红壤加固提供了新方案，更开创了磷石膏废料"变害为宝"的绿色循环新模式，在环境岩土工程领域具有里程碑意义。