趙 文 ，付文麗 ，張建國(guó) ，程帥濤 ，侯旭濤

（1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 四川 成都 610031；2.中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 天津 300308）

我國(guó)華北、西南地區(qū)廣泛分布著硬石膏巖、石膏巖、含膏碳酸巖、膏溶角礫巖、含膏泥巖等石膏質(zhì)巖。石膏質(zhì)巖具有膨脹性和腐蝕性等特殊工程性質(zhì)，給隧道工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大隱患。成昆線(xiàn)百家?guī)X隧道[1-2]、瓦日鐵路南呂梁山隧道[3]、巴東縣十字埡隧道[4]、宜巴高速公路涼水井隧道[5]等均穿越含石膏質(zhì)巖地層，運(yùn)營(yíng)后陸續(xù)出現(xiàn)路（軌）面起拱變形、二襯邊墻開(kāi)裂、拱墻裂縫、施工縫滲水、邊墻混凝土軟化等病害。硬石膏水化膨脹和石膏質(zhì)溶出腐蝕是石膏質(zhì)巖隧道產(chǎn)生病害的主要原因，硬石膏水化膨脹更是具有滯后性、漸進(jìn)性、隱蔽性的特點(diǎn)。石膏質(zhì)巖工程病害防治一直是隧道工程界的難題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)石膏質(zhì)巖的研究主要針對(duì)特殊工程性質(zhì)及其工程危害。如魏玉峰等[6]研究了第三系紅層中石膏溶蝕對(duì)工程的影響；吳銀亮[7]研究了石膏巖溶蝕速率與水環(huán)境及溶蝕時(shí)間的關(guān)系；吳銀亮等[8]研究了石膏質(zhì)巖析出離子對(duì)混凝土的劣化機(jī)制。石膏質(zhì)溶出腐蝕對(duì)工程的影響，工程界學(xué)者已形成共識(shí)。對(duì)石膏巖膨脹特性的研究主要集中在硬石膏膨脹機(jī)理、膨脹性測(cè)試、膨脹本構(gòu)模型等方面。如羅健[9]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析了膨脹力與硬石膏水化條件的關(guān)系；吳銀亮等[8]研究了石膏巖重塑樣膨脹力與初始干密度和吸水率的關(guān)系；陳釩等[10]研究了不同濕度條件下硬石膏巖膨脹隨時(shí)間的變化特性，建立了含時(shí)間效應(yīng)的膨脹本構(gòu)模型；吳建勛等[11]在脫水石膏、硬石膏和石膏膨脹試驗(yàn)基礎(chǔ)上研究了石膏質(zhì)巖膨脹應(yīng)力-應(yīng)變模型；蘇承東等[12]研究了高溫脫水對(duì)石膏巖強(qiáng)度的弱化作用；白冷等[13]研究了硬石膏水化過(guò)程，揭示了硬石膏水化緩慢的內(nèi)在原因；Yilmaz等[14]、Yilmaz[15]研究了石膏巖含水率對(duì)其強(qiáng)度與變形特性的影響；吳建勛[16]研究了水壓對(duì)硬石膏膨脹性的影響；Alonso等[17]分析了硬石膏長(zhǎng)期水化膨脹對(duì)Lilla隧道變形的影響；Oldecop等[18]結(jié)合硬石膏巖水化機(jī)理，提出了硬石膏巖水化反應(yīng)微觀膨脹理論。然而對(duì)于石膏巖的膨脹特性，不同學(xué)者的研究結(jié)果離散性極大，膨脹力可能相差1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。膨脹特性把控不準(zhǔn)可能導(dǎo)致工程上的誤判。膨脹性數(shù)據(jù)離散除了試樣及試驗(yàn)條件的差別，其根本原因在于硬石膏水化緩慢，完全水化膨脹時(shí)間長(zhǎng)，常規(guī)膨脹性試驗(yàn)中硬石膏未能完全水化釋放全部膨脹力；此外，試驗(yàn)前可能并未測(cè)試石膏質(zhì)巖試樣的水化程度，未查明引起膨脹的關(guān)鍵礦物（硬石膏）的含量。

石膏質(zhì)巖的膨脹潛勢(shì)取決于硬石膏的含量。查明石膏質(zhì)巖水化特征及礦物含量是評(píng)價(jià)石膏質(zhì)巖工程危害性的基礎(chǔ)。但目前尚缺乏快速簡(jiǎn)便的石膏質(zhì)含量確定方法。論文在實(shí)踐基礎(chǔ)上，推薦了石膏質(zhì)巖礦物成分鑒定方法；通過(guò)測(cè)定純硬石膏巖水化過(guò)程中波速及水化深度，研究了硬石膏巖的水化特性；通過(guò)硬石膏、石膏、方解石、白云石不同配比混合物熱重分析，獲得快速測(cè)定石膏質(zhì)巖中礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱重分析法，為正確認(rèn)識(shí)和評(píng)估石膏質(zhì)巖的工程危害提供依據(jù)。

1 石膏質(zhì)巖礦物成分鑒別

石膏質(zhì)巖常與灰?guī)r、白云巖等化學(xué)巖類(lèi)共生，野外很難區(qū)分[8]。石膏質(zhì)巖包含硬石膏、石膏、方解石、白云石、黏土礦物等礦物成分。通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)試劑（稀鹽酸和鎂試劑）可以鑒定巖石是否含方解石和白云石，但是否含石膏或硬石膏，則需要借助其他鑒定方法。通常用于礦物鑒定的方法有X-射線(xiàn)衍射、熱分析、薄片鏡下分析、紅外光譜分析、掃描電鏡圖像分析、電子探針等。對(duì)于石膏質(zhì)巖礦物成分的鑒別，推薦采用以下幾種方法。

1.1 熱分析

礦物在受熱過(guò)程中，會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化、脫水、蒸發(fā)、分解、氧化等物理化學(xué)變化。最常用的熱分析方法有熱重量法（Thermal Gravity，TG）、差示掃描量熱法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）等。圖1為典型的石膏質(zhì)巖礦物的熱分析曲線(xiàn)。圖1（a）為T(mén)G曲線(xiàn)，即礦物樣品質(zhì)量與溫度的關(guān)系；圖1（b）為DSC曲線(xiàn)，即礦物樣品吸熱或放熱的速率與溫度的關(guān)系。如圖1（a）所示，石膏在168 °C左右脫水，質(zhì)量約降低19.04%，水化硬石膏在168 °C左右時(shí)質(zhì)量約降低2%；硬石膏在600～800 °C左右脫水，質(zhì)量降低且呈階梯狀。白云石和方解石在600～700 °C脫水。如圖1（b）所示，在持續(xù)增溫的環(huán)境下，石膏在168 °C和210 °C左右脫水出現(xiàn)2個(gè)吸熱強(qiáng)峰，在720 °C左右出現(xiàn)吸熱次強(qiáng)峰；硬石膏在 1280 °C左右出現(xiàn)吸熱強(qiáng)峰；白云石和方解石在800～900 °C左右出現(xiàn)2個(gè)放熱峰。因此可以根據(jù)不同礦物DSC曲線(xiàn)出現(xiàn)峰值的溫度及峰值強(qiáng)弱、TG曲線(xiàn)質(zhì)量降低幅度及質(zhì)量降低時(shí)的溫度范圍來(lái)鑒定礦物成分[19-20]。

圖1 石膏質(zhì)巖礦物熱分析圖譜Fig.1 Thermal analysis atlas of gypsum rock minerals

1.2 X射線(xiàn)衍射分析

晶體由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，不同原子散射的X射線(xiàn)相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線(xiàn)衍射，衍射線(xiàn)在空間分布的方位和強(qiáng)度與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，可以據(jù)此判定礦物類(lèi)型[21]。表1為典型石膏質(zhì)巖主要礦物的衍射峰角，圖2為石膏和硬石膏的X射線(xiàn)衍射圖譜。

表1 典型石膏質(zhì)巖礦物的衍射峰角Table 1 Diffraction peak angle of the typical gypsum rock minerals

圖2 石膏-硬石膏X射線(xiàn)衍射圖譜Fig.2 X-ray diffraction pattern of gypsum and anhydrite

1.3 紅外光譜分析

紅外光譜分析是利用紅外光譜對(duì)物質(zhì)分子進(jìn)行分析和鑒定。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，可以據(jù)此對(duì)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和鑒定[22]。圖3為石膏和硬石膏的紅外光譜圖。

圖3 石膏-硬石膏紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectrum of gypsum and anhydrite

石膏質(zhì)巖主要礦物在熱分析、X射線(xiàn)衍射分析、紅外光譜分析時(shí)具有明顯的區(qū)別特征，因此可以采用上述方法鑒定石膏質(zhì)巖的礦物成分，特別是石膏和硬石膏礦物。由于石膏質(zhì)巖可能對(duì)工程建設(shè)造成極大隱患，在鑒定石膏質(zhì)巖礦物成分時(shí)，建議在上述方法中至少選用2種方法進(jìn)行鑒定以便相互印證。

2 石膏質(zhì)巖水化時(shí)間

石膏質(zhì)巖隧道病害的發(fā)生往往具有滯后性、漸進(jìn)性和隱蔽性等特點(diǎn)，其原因在于硬石膏水化速率緩慢[7]。硬石膏巖水化速率隨環(huán)境水、圍巖應(yīng)力及溫度而變。試驗(yàn)通過(guò)硬石膏巖水化過(guò)程中的波速測(cè)試來(lái)研究硬石膏巖的水化程度。

將純硬石膏巖制成20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直徑50 mm、高100 mm的圓柱試樣，編1—20號(hào)，如圖4（a）所示；然后將其靜置于純凈水中進(jìn)行浸泡，模擬地下水對(duì)天然狀態(tài)下硬石膏巖水化反應(yīng)的影響。每隔30 d對(duì)試樣進(jìn)行一次波速測(cè)試，分析水化硬石膏巖波速的變化。波速測(cè)試裝置如圖4（b）所示，采用非受力狀態(tài)下的直透法進(jìn)行波速測(cè)試，其方法為：將試件置于壓力架上，換能器置于試件軸線(xiàn)的兩端；對(duì)換能器施加0.05 MPa的恒定壓力使換能器與試樣密切接觸，耦合劑采用凡士林，通過(guò)測(cè)試聲波走時(shí)及巖樣長(zhǎng)度換算波速。

圖4 波速測(cè)試Fig.4 Wave velocity test

硬石膏浸泡水化試驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行了180 d，共進(jìn)行了7次波速測(cè)試，每次測(cè)試結(jié)果取平均值進(jìn)行分析。由于硬石膏巖波速大于石膏巖，硬石膏水化成石膏的程度越高，波速越低，因此可以采用波速保持率來(lái)間接表達(dá)硬石膏巖的水化程度（圖5）。試驗(yàn)結(jié)果表明，硬石膏巖試樣在水中浸泡后，波速隨水化時(shí)間逐漸降低，180 d后衰減到82%左右。說(shuō)明硬石膏巖在水的作用下持續(xù)發(fā)生水化反應(yīng)，部分轉(zhuǎn)化為石膏巖或水化硬石膏巖。

圖5 波速保持率與水化時(shí)間關(guān)系Fig.5 Relationship between wave velocity retention and hydration time

為了解硬石膏巖和石膏巖的波速特征，在南呂梁山隧道采取硬石膏巖和石膏巖，分別制成標(biāo)準(zhǔn)試件各5件。測(cè)得硬石膏巖平均波速為6 200 m/s，石膏巖平均波速為2 300 m/s，因此認(rèn)為當(dāng)硬石膏巖完全水化為石膏巖時(shí)，波速約衰減到硬石膏巖的37%。

根據(jù)圖5可擬合得到波速保持率與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)以推測(cè)硬石膏巖完全水化所需時(shí)間：

式中：x——水化時(shí)間/d；

y——波速保持率（y≥37%）。

由式（1）可得，理想狀態(tài)下硬石膏巖在純凈水中完全水化為石膏巖（波速衰減到37%）所需時(shí)間為724 d（約2 a）。該試驗(yàn)中樣品較小且持續(xù)供水，硬石膏巖水化較充分。而實(shí)際工程中硬石膏巖完全水化所需時(shí)間可能更長(zhǎng)，原因在于受季節(jié)影響可能有時(shí)無(wú)水或者水難以進(jìn)入致密巖體內(nèi)部。多數(shù)石膏質(zhì)巖隧道運(yùn)營(yíng)后3～5 a后逐漸產(chǎn)生病害[9,23]，也證明了硬石膏水化緩慢。

3 硬石膏巖水化速率

將硬石膏巖切割成2塊邊長(zhǎng)為200 mm的立方體試樣（圖6），分別以20 mm間距將巖塊由上至下分為1～10層。設(shè)計(jì)2種水環(huán)境的對(duì)照試驗(yàn)，分別是純凈水和3%的NaHSO4溶液。將2塊巖樣分別置于這2種水環(huán)境中浸泡，每30 d在試樣表面取樣，為避免取樣后的干擾，按由上及下分層順序取樣，即第一次在第一層取樣，第二次在第二層取樣，以此類(lèi)推。在每一層中每0.1 mm深度刮取一份粉末樣。采用紅外光譜法測(cè)試粉末樣礦物成分，由此確定硬石膏水化深度。

圖6 硬石膏巖塊樣Fig.6 Anhydrite sample

2塊試樣共浸泡了240 d，對(duì)試樣進(jìn)行了8次取樣測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2和圖7。

表2 硬石膏水化深度Table 2 Hydration depth of anhydrite

無(wú)論是純凈水還是NaHSO4溶液浸泡環(huán)境，硬石膏巖水化深度隨時(shí)間均呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系（圖7）。隨著水化時(shí)間的增長(zhǎng)，水化深度逐漸增大，但增長(zhǎng)速率逐漸變緩。這是由于試驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)硬石膏巖與水接觸的比表面積較大，水化反應(yīng)劇烈，水化速率快；而水化反應(yīng)在巖體內(nèi)部進(jìn)行時(shí)，由于巖體致密，裂隙發(fā)育少，水進(jìn)入內(nèi)部困難，水化速率逐漸降低。在純凈水環(huán)境中，硬石膏水化速率約3.0 mm/a；在NaHSO4溶液浸泡環(huán)境中，其水化速率明顯高于純凈水浸泡環(huán)境，約8.0 mm/a，說(shuō)明富含環(huán)境加速了水化反應(yīng)。

圖7 硬石膏巖水化深度與時(shí)間關(guān)系Fig.7 Relationship between hydration depth and time of anhydrite rocks

4 石膏質(zhì)巖礦物含量確定

硬石膏和石膏是石膏質(zhì)巖產(chǎn)生工程危害的關(guān)鍵礦物成分，硬石膏的含量對(duì)正確評(píng)價(jià)石膏質(zhì)巖的膨脹潛勢(shì)至關(guān)重要，因此判別石膏質(zhì)巖礦物含量是評(píng)價(jià)工程危害的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的石膏質(zhì)巖礦物含量判別是通過(guò)測(cè)量石膏質(zhì)巖中的結(jié)晶水含水率來(lái)?yè)Q算石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[8]。將石膏巖樣品清理干凈后，碾壓成粉末狀，然后將粉末狀樣品放入恒溫烘箱中以48 °C的溫度持續(xù)加熱48 h，得到干燥粉末樣。將干燥稱(chēng)量過(guò)的粉末樣置于烘箱內(nèi)以200 °C溫度加熱48 h，此過(guò)程中石膏將發(fā)生脫水反應(yīng)，失去2個(gè)結(jié)晶水分子。石膏的結(jié)晶水含水率計(jì)算公式如下：

式中：w——結(jié)晶水含水率/%；

m1——干燥樣品高溫加熱前質(zhì)量/g；

m2——干燥樣品高溫加熱后質(zhì)量/g。

硬石膏水化反應(yīng)方程為[13]：

根據(jù)結(jié)晶水含水率及硬石膏水化反應(yīng)分子式可計(jì)算石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。具體計(jì)算公式如下：

上述方法適合于僅含石膏和硬石膏而不含其他雜質(zhì)的石膏質(zhì)巖。然而在實(shí)際工程中的石膏質(zhì)巖往往與碳酸鹽巖共生，多含方解石、白云石等組分，上述方法多數(shù)情況下不適用。石膏質(zhì)巖主要礦物有典型的熱重特征，為此提出采用TG分析確定石膏質(zhì)巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法。

4.1 試驗(yàn)方法

通過(guò)TG分析測(cè)試不同比例石膏、硬石膏、白云石、方解石的混合粉末樣在持續(xù)增溫環(huán)境下的失重比例及失重溫度區(qū)間，定量分析石膏質(zhì)巖礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。設(shè)計(jì)了兩組試驗(yàn)：第一組用硬石膏和石膏的干燥粉末樣品配制不同比例的混合樣來(lái)研究純硬石膏巖的水化程度及礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)；第二組用硬石膏、石膏、白云巖和方解石的干燥粉末樣品配制不同比例的混合樣來(lái)研究在其他礦物成分干擾條件下石膏質(zhì)巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)如何確定。

4.2 試樣制備

試驗(yàn)所采用的硬石膏為安徽含山硬石膏巖礦開(kāi)采的新鮮硬石膏；石膏、方解石和白云石采自瓦日鐵路南呂梁山隧道。通過(guò)X衍射、差熱分析、紅外光譜3種方法檢測(cè)，各礦物均為無(wú)雜質(zhì)的純礦物樣品。

第一組試驗(yàn)，制備純硬石膏和石膏粉末樣品各500 g，石膏、硬石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按表3進(jìn)行配制，配制后充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉?/p>

表3 石膏和硬石膏配比表Table 3 Proportion of gypsum and anhydrite

第二組試驗(yàn)，制備純石膏、白云石和方解石粉末樣品各500 g，純石膏、白云石和方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)按表4進(jìn)行配制，配制后充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉Ｓ蓤D1可知，方解石和白云石具有類(lèi)似的熱反應(yīng)特征，白云石最終失重比例稍大于方解石，在試樣配比時(shí)以白云石為主。

表4 石膏、白云石和方解石配比表Table 4 Proportion of gypsum, dolomite and calcite

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

由硬石膏-石膏混合樣TG分析結(jié)果（圖8）可以看出：（1）1號(hào)、6號(hào)配比樣分別為純硬石膏和石膏，TG曲線(xiàn)具有各自獨(dú)特的曲線(xiàn)特征；（2）2—5號(hào)配比樣為石膏和硬石膏的粉末混合樣，TG曲線(xiàn)既有硬石膏的特征，又有石膏的特征，均分別在168～210 °C和590～700 °C出現(xiàn)2個(gè)曲線(xiàn)臺(tái)階。168～210 °C時(shí)TG曲線(xiàn)出現(xiàn)第一個(gè)臺(tái)階，2—5號(hào)配比樣的失重臺(tái)階呈階梯式下降。失重比例隨石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加依次增加，且增加幅度大致相同，失重比例與石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)線(xiàn)性相關(guān)。590～700 °C時(shí)TG曲線(xiàn)出現(xiàn)第二個(gè)臺(tái)階，2—5號(hào)配比樣的失重臺(tái)階呈階梯式下降。失重比例隨硬石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少依次減少，且減少幅度大致相同，失重比例與硬石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)線(xiàn)性相關(guān)。

圖8 石膏和硬石膏配比樣TG曲線(xiàn)Fig.8 TG curve of the gypsum and anhydrite proportioning samples

由石膏-白云石-方解石混合樣TG分析結(jié)果（圖9）可以看出：（1）VI號(hào)樣為純白云石，TG曲線(xiàn)具有白云石特有的曲線(xiàn)特征；（2）I—V號(hào)樣為石膏、白云石和方解石的配比樣，TG曲線(xiàn)均有3種礦物的曲線(xiàn)特征，分別在168～210 °C和570～800 °C出現(xiàn)2個(gè)曲線(xiàn)臺(tái)階，第一個(gè)臺(tái)階為石膏失重臺(tái)階，下降幅度較小，第二個(gè)臺(tái)階為白云石或方解石失重臺(tái)階，下降幅度較大。隨著石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，第一個(gè)臺(tái)階的失重比例增加。隨著白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少，第二個(gè)臺(tái)階失重比例減少，且失重比例與白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少比例呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。白云石和方解石TG曲線(xiàn)類(lèi)似，白云石和方解石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和相同時(shí)，失重比例相差不大（差值小于3%）。由于方解石和白云石對(duì)石膏質(zhì)巖特殊工程性質(zhì)影響不大，因此在判定石膏質(zhì)巖礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，主要針對(duì)石膏和硬石膏，而不區(qū)分方解石和白云石。

圖9 石膏、白云石和方解石配比樣TG曲線(xiàn)Fig.9 TG curve of the gypsum, dolomite and calcite proportioning samples

不同礦物在代表性溫度段失重比例與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖10所示。礦物失重比例與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)線(xiàn)性相關(guān)。硬石膏在800 °C時(shí)失重比例約5.1%，石膏在300 °C時(shí)失重比例約20.4%，白云石（方解石）在850 °C時(shí)失重比例約46%。

圖10 礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與失重比例Fig.10 Mineral content and weight loss ratio

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，石膏失水溫度比硬石膏、白云石（方解石）低，因此對(duì)于以白云石、方解石、硬石膏、石膏等礦物成分為主的石膏質(zhì)巖，可以先通過(guò)TG分析獲得巖樣的TG曲線(xiàn)；然后根據(jù)300～500 °C段、800～1 000 °C段的失重比例依次確定石膏、硬石膏和白云石（方解石）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

4.4 應(yīng)用舉例

以某石膏質(zhì)巖為例，其TG曲線(xiàn)如圖11所示。由圖11確定其在300～500 °C段失重比例為12.76%（石膏失重），在800～1 000 °C段失重比例為10.77%（硬石膏、白云石、方解石失重）。根據(jù)石膏失重比例換算得到該試樣中石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：12.76%/20.4%=62.55%，則硬石膏和其他礦物的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.45%。令硬石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x1，則白云石（方解石）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.45%-x1，x1×5.1%+(37.45%-x1)×46%=10.77%，解得x1=15.79%，即硬石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.79%，白云石（方解石）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.66%。

圖11 某石膏質(zhì)巖TG曲線(xiàn)Fig.11 TG curve of a gypsum rock

本文提出的石膏質(zhì)巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定方法以TG曲線(xiàn)為基礎(chǔ)，因此僅適用于以白云石、方解石、硬石膏、石膏等礦物成分為主的石膏質(zhì)巖。若石膏質(zhì)巖含有較多其他礦物組分，該方法是否適用有待論證。

5 結(jié)論

（1）石膏質(zhì)巖工程危害大，特別是硬石膏水化膨脹具有滯后性、漸進(jìn)性、隱蔽性等特點(diǎn)。為準(zhǔn)確查明石膏質(zhì)巖礦物成分，建議采用熱分析、X射線(xiàn)衍射、紅外光譜鑒定等方法相互印證。

（2）硬石膏水化緩慢，理想狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)試件硬石膏巖在純凈水中完全水化為石膏巖約需2 a，而在實(shí)際工程中，由于水滲透環(huán)境差異，完全水化時(shí)間可能更長(zhǎng)，反映了硬石膏巖水化的滯后性。

（3）純凈水環(huán)境中，完整硬石膏巖水化深度隨時(shí)間呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率逐漸變緩。水中對(duì)硬石膏巖水化反應(yīng)有明顯的促進(jìn)作用。純凈水環(huán)境下，完整硬石膏水化速率約3.0 mm/a。若巖石裂隙發(fā)育，地下水富含硬石膏巖水化速率加快。

（4）建立的基于TG曲線(xiàn)的石膏質(zhì)巖礦物含量確定方法，可為分析石膏質(zhì)巖工程危害提供依據(jù)。