干湿-冻融循环作用下地聚物固化黄土力学特性及微观结构研究OA

【目的】西北寒旱区输水明渠黄土长期受干湿交替与冻融循环耦合作用影响,易发生孔隙扩展、结构松散和强度衰减。为揭示地聚物固化黄土在干湿-冻融循环下的力学劣化机制与微观结构演化规律,提升明渠黄土边坡长期服役稳定性,开展地聚物固化黄土耐久性研究。【方法】以新疆某输水明渠黄土为对象,制备0%、5%、10%和15%地聚物掺量固化黄土试样,开展0~12次干湿-冻融循环试验,采用X射线衍射、扫描电镜-能谱分析和核磁共振技术,表征矿物组成、微观形貌及孔隙结构变化。【结果】地聚物显著提高了黄土强度和抗干湿-冻融劣化能力,其中10%掺量效果最优。循环前10%地聚物固化黄土无侧限抗压强度达1.405 MPa,较未固化黄土提高248%;12次循环后强度损失率为37.12%,明显低于未固化黄土的62.53%。微观结果表明,地聚物反应生成的C—S—H和C—A—H凝胶可填充孔隙、胶结土颗粒,使土体由松散絮凝结构向致密胶结结构转变;干湿-冻融循环会削弱凝胶胶结作用,促进小孔隙向大孔隙转化,导致强度持续衰减。孔隙结构关联分析表明,大孔隙数量对无侧限抗压强度劣化影响最显著。【结论】地聚物可通过凝胶填充、颗粒胶结和孔隙细化协同提升黄土抗干湿-冻融循环性能,10%掺量可实现强度提升与耐久性改善的较优平衡。研究结果可为地聚物固化黄土在明渠工程的应用提供科学依据。