梁 飛

(中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司 總承包分公司,廣東 珠海 519000)

0 引 言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和社會(huì)不斷進(jìn)步,城市建設(shè)過程中可直接利用的優(yōu)質(zhì)土地資源日趨減少。如何對(duì)濱海、濱湖等區(qū)域軟弱地基進(jìn)行有效加固,已成為建筑物地基處理面臨的熱點(diǎn)問題和亟待解決的工程難題。水泥固化地基土本身具有遇水硬化、強(qiáng)度高、壓縮性低、滲透性低等其它材料所沒有的優(yōu)良特性,被廣泛應(yīng)用于地基處理、基坑支護(hù)等工程領(lǐng)域。然而,作為地球上僅次于水的第二大消耗物質(zhì),世界水泥產(chǎn)量每年以2.5%速度增長(zhǎng),從2005年2.3 Gt增至2020年3.5 Gt,預(yù)計(jì)2050年將增至3.7～4.4 Gt[1]。生產(chǎn)1 t水泥需60～130 kg燃料和110 kW·h電力,中國(guó)、印度和美國(guó)等國(guó)家水泥生產(chǎn)中的CO2排放量高達(dá)900～935 kg/t[2]。若能將水泥基材料與CO2碳化工藝相結(jié)合并引入土體加固領(lǐng)域,不但能實(shí)現(xiàn)CO2永久穩(wěn)定封存,還能快速加固與增強(qiáng)硬化地基土體。

前人已對(duì)CO2碳化的固化效果及其誘導(dǎo)宏微觀特性演變開展了許多研究,取得了一系列創(chuàng)新成果。Seifritz[3]于1990年率先提出了CO2礦化概念,即CO2溶解后與堿性礦物發(fā)生中和反應(yīng)生成穩(wěn)定固態(tài)碳酸鹽,將CO2氣體轉(zhuǎn)化為永久礦物。Yi等[4]發(fā)現(xiàn)CO2碳化可顯著改良活性MgO固化土抗壓強(qiáng)度,且受MgO活性、碳化時(shí)間、初始含水率等多因素影響。Wang等[5]采用CO2碳化方法對(duì)活性MgO-粉煤灰固化東湖淤泥進(jìn)行改性,并探明了碳化固化土抗壓強(qiáng)度、耐久性與反應(yīng)機(jī)制。Han等[6]認(rèn)為水泥中硅酸三鈣、硅酸二鈣與CO2碳化反應(yīng),導(dǎo)致未水化水泥顆粒數(shù)量和尺寸減少并生成CaCO3和硅膠。鐘白茜等[7]通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)水化硅酸鈣的碳化產(chǎn)物早期含有方解石、文石,而后期文石轉(zhuǎn)變成方解石,大多數(shù)方解石結(jié)晶程度并不太完善。鄭旭等[8-10]通過對(duì)CO2碳化活性MgO固化土進(jìn)行凍融循環(huán)等試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)和干濕循環(huán)作用對(duì)碳化固化土微觀結(jié)構(gòu)等特征并未產(chǎn)生較大影響,即CO2碳化促使固化土具有更好的抵抗凍融破壞和抗干濕破壞性能。Liska等[11]認(rèn)為自然碳化時(shí)MgO水泥砌塊強(qiáng)度增長(zhǎng)有限,而強(qiáng)制碳化能大幅提高試樣力學(xué)性能。李晨[12]通過對(duì)活性MgO固化粉土進(jìn)行CO2碳化試驗(yàn),觀察到碳化反應(yīng)產(chǎn)物主要為碳酸鎂石、水碳鎂石及球碳鎂石。王東星等[13-14]采用CO2碳化活性MgO(或MgO基混合料)加固技術(shù)固化疏浚淤泥,探明了多因素影響下CO2碳化固化淤泥抗壓強(qiáng)度與微觀機(jī)理。張豐等[15]證實(shí)活性MgO和活性CaO能顯著改善水泥砂漿碳化試樣抗壓強(qiáng)度,抗壓強(qiáng)度最高時(shí)對(duì)應(yīng)MgO/CaO質(zhì)量比為3∶1。綜上所述,前人已在CO2碳化水泥、混凝土和固化土等領(lǐng)域取得了豐富成果,但CO2碳化水泥固化土耐久性領(lǐng)域的研究迄今鮮有報(bào)道,尤其是CO2碳化水泥固化土強(qiáng)度演變規(guī)律等方面的探索當(dāng)前亟需深化。

為彌補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足,本文通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、掃描電鏡、持續(xù)浸水、干濕循環(huán)和凍融循環(huán)等系列試驗(yàn),利用抗壓強(qiáng)度、強(qiáng)度軟化系數(shù)等指標(biāo),綜合分析CO2碳化水泥固化土的力學(xué)行為、影響因素及微觀機(jī)制,深入評(píng)判復(fù)雜外界氣候環(huán)境下CO2碳化水泥固化土抗壓強(qiáng)度和耐久性的演變過程。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土取自珠海市洪灣港北片區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施工程(一期)。根據(jù)JTGE40-2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[16]相關(guān)規(guī)定,對(duì)土樣的初始含水率、界限含水率、比重、pH、最大干密度和最優(yōu)含水率進(jìn)行測(cè)定,所得指標(biāo)值見表1。此外,采用激光粒度儀分析土樣顆粒級(jí)配,發(fā)現(xiàn)黏粒組占比5.3%、粉粒組占比90.9%、砂粒組占比3.8%、比表面積為1.28 m2/g。試驗(yàn)用固化材料為32.5普通硅酸鹽水泥,其化學(xué)組分見表2。

表1 試樣用土基本性質(zhì)Tab.1 Basic properties of tested soil

表2 水泥化學(xué)組成Tab.2 Chemical compositions of cement %

1.2 試驗(yàn)方法

固化土試樣制備的具體流程為:① 使用小型攪拌機(jī)將配料原料低速攪拌5 min,緩慢加入水分充分拌勻,保證混合物料均勻性;② 將物料靜置于密封袋內(nèi)防止水分揮發(fā),稱取單個(gè)試樣對(duì)應(yīng)質(zhì)量,填入內(nèi)壁涂好凡士林的圓柱模具(?50 mm×H50 mm)連續(xù)振搗;③ 將分層填料的模具使用油壓千斤頂壓實(shí)(壓力500 MPa),成型后用脫模器將試樣小心脫出;④ 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試樣,利用保鮮膜對(duì)試樣密封包裹,隨即移入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期;⑤ 對(duì)于即時(shí)碳化試樣,脫模后立即轉(zhuǎn)移至標(biāo)準(zhǔn)碳化試驗(yàn)箱(CO2濃度20%±2%、相對(duì)濕度70%±2%、溫度20 ℃±2%)完成CO2碳化操作。通過量程50 kN、精度1 N的WDW-50型電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣無測(cè)限抗壓強(qiáng)度,豎向加載速率1 mm/min。每組試樣采用3個(gè)平行樣,取其平均值作為碳化固化試樣抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值。值得注意的是,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和碳化試樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),水泥摻量為10%,15%,20%,25%,30%(占干土質(zhì)量之比);對(duì)于耐久性試驗(yàn),固定試樣水泥摻量25%;兩種情況下水灰比均為0.55。選取以下材料代號(hào)代表試樣,B-3h、B-1d、B-3d、B-7d、B-14d分別代表標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3 h、1 d、3 d、7 d、14 d試樣,C-3h、C-1d、C-3d、C-7d、C-14d分別代表碳化3 h、1 d、3 d、7 d、14 d試樣,7d-C-1d代表標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d且碳化1 d試樣。

浸水試驗(yàn):將試樣完全浸泡于去離子水中并放置恒溫20 ℃養(yǎng)護(hù)箱內(nèi),浸至0,1,3,7,14,21 d后取出用濾紙擦干,隨后進(jìn)行觀察與測(cè)試。干濕循環(huán)試驗(yàn):將試驗(yàn)組試樣置于40 ℃烘箱中12 h,再將試樣常溫放置1 h,之后放入水箱并置于20 ℃養(yǎng)護(hù)箱中11 h,直至10次干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束。凍融循環(huán)試驗(yàn):取凍融循環(huán)試驗(yàn)組置于恒溫-20 ℃凍融箱內(nèi)冰凍12 h,然后將冰凍試樣放入20 ℃水槽內(nèi)融化12 h,直至10次凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 CO2濃度對(duì)抗壓強(qiáng)度影響

為探究CO2濃度對(duì)水泥固化土力學(xué)性能的影響,將水泥摻量25%、水灰比0.55時(shí)水泥固化土在不同CO2濃度環(huán)境中碳化。碳化后水泥固化土抗壓強(qiáng)度隨CO2濃度變化過程如圖1所示。分析可知,CO2碳化水泥固化土試樣(R=25 mm,C-3h)的碳化深度隨CO2濃度增高而持續(xù)增加。CO2濃度增大會(huì)引起試樣內(nèi)外CO2濃度梯度越大,更有利于CO2擴(kuò)散并加快碳化反應(yīng)速度,進(jìn)而誘使試樣碳化深度增加。

圖1 不同CO2濃度下試樣碳化深度和抗壓強(qiáng)度Fig.1 Carbonation depth and compressive strength of carbonated solidified soils at various CO2 concentrations

圖2 5%和20%CO2濃度下碳化試樣微觀結(jié)構(gòu)(放大倍數(shù)20 000)Fig.2 Microstructure of carbonated solidified soils at CO2 concentrations of 5% and 20%(magnification=20 000)

不同CO2濃度下碳化水泥固化土試樣抗壓強(qiáng)度均比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試樣抗壓強(qiáng)度高。當(dāng)碳化3 h、CO2濃度5%時(shí),碳化試樣抗壓強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試樣最低亦能夠增長(zhǎng)1.72倍,并且隨CO2濃度增加,試樣強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨之增加。當(dāng)CO2濃度升至20%時(shí),碳化試樣抗壓強(qiáng)度最高增長(zhǎng)2.34倍,表現(xiàn)出良好的高早強(qiáng)性能。隨著碳化時(shí)間延長(zhǎng),盡管強(qiáng)度增長(zhǎng)率有所下降,但試樣抗壓強(qiáng)度仍有較大幅度增大。隨著CO2濃度增加,碳化水泥固化土試樣抗壓強(qiáng)度隨之增加。碳化時(shí)間3 h時(shí),20%CO2濃度下試樣抗壓強(qiáng)度比5%CO2濃度時(shí)對(duì)應(yīng)強(qiáng)度高0.75 MPa,盡管強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度隨碳化時(shí)間增加而有所下降。此時(shí),CO2濃度越高,碳化程度越大,碳化試樣抗壓強(qiáng)度就越大,強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度也隨之增加。當(dāng)碳化時(shí)間延至1 d時(shí),不同CO2濃度下試樣碳化程度差異性減小,引起碳化試樣抗壓強(qiáng)度之間差異性亦減小。

不同CO2濃度下碳化3 h水泥固化土試樣的微觀形貌圖如2所示。分析可知,在5%CO2濃度和20%CO2濃度下,碳化水泥土試樣內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)均較為密實(shí),孔隙量較少。試樣內(nèi)部可明顯觀察到晶形良好的方解石生成。隨著CO2濃度增加,內(nèi)部方解石晶體的生成量及晶體發(fā)育程度均會(huì)提高,并且方解石空間分布更加均勻,進(jìn)而促使碳化固化試樣膠結(jié)密實(shí)程度和抗壓強(qiáng)度提升。

值得注意的是,水泥包含了其主要礦物硅酸三鈣、硅酸二鈣與CO2接觸發(fā)生碳化反應(yīng)而生成的不同形態(tài)的碳酸鈣晶體[17],晶體充分發(fā)揮化學(xué)膠結(jié)、骨架填充等作用,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)水泥土整體性能。

2.2 碳化時(shí)間對(duì)抗壓強(qiáng)度影響

經(jīng)3,7,14 d碳化后(見圖3),水泥摻量10%和15%對(duì)應(yīng)碳化試樣抗壓強(qiáng)度相比同期標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試樣強(qiáng)度有所下降,碳化增強(qiáng)效果不佳,即試樣強(qiáng)度增長(zhǎng)比呈負(fù)數(shù)。在水泥摻量更高時(shí)(20%、25%、30%),碳化試樣抗壓強(qiáng)度持續(xù)增加且均高于同期標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度,25%水泥摻量時(shí)抗壓強(qiáng)度最高、強(qiáng)度增長(zhǎng)比最大(最高0.79倍),30%水泥摻量時(shí)試樣抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降。這表明,水泥摻量增加誘使碳化試樣抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì),但在水泥摻量過高時(shí)有所下降。分析可知,水泥摻量較低時(shí),碳化反應(yīng)所生成方解石和霰石產(chǎn)量較少,不足以彌補(bǔ)C-S-H(碳化脫鈣)、Ca(OH)2等水化產(chǎn)物所形成骨架結(jié)構(gòu)遭受破壞而導(dǎo)致的強(qiáng)度劣化程度,從而使強(qiáng)度增長(zhǎng)率呈現(xiàn)負(fù)值。水泥摻量更高時(shí),試樣中水泥水化產(chǎn)物及其它可供碳化反應(yīng)的組分增多,碳化生成的大量CaCO3晶體可有效填充內(nèi)部孔隙,使試樣整體骨架結(jié)構(gòu)更加致密,宏觀上表現(xiàn)為抗壓強(qiáng)度增加,力學(xué)性能改善。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和CO2碳化試樣抗壓強(qiáng)度和微觀形貌(放大倍數(shù)20 000)Fig.3 Compressive strength and micromorphology of standard cured soil and carbonated solidified soils (magnification=20 000)

2.3 持續(xù)浸水

在水中持續(xù)浸泡直至21 d時(shí),固化土試樣體表形貌、抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度軟化系數(shù)隨浸水時(shí)間的變化過程如圖4所示。3種不同方式處理水泥固化土經(jīng)浸泡3 d后,試樣外表并未出現(xiàn)明顯變化。當(dāng)試樣浸泡至7 d后,B-7d試樣下邊緣僅有少量土顆粒脫落,C-3d試樣下邊緣產(chǎn)生明顯局部脫落,7d-C-1d試樣上邊緣有少量土顆粒脫落。盡管浸泡7 d后試樣均有不同程度的土顆粒脫落,但整體完整性依然良好且后期外表變化不大。

注:實(shí)線表示強(qiáng)度,虛線表示軟化系數(shù),下同。圖4 浸水作用下碳化水泥土表觀形貌和強(qiáng)度變化過程Fig.4 Change in appearance and strength of carbonated solidified soil under water immersion

3種不同方式處理水泥固化土試樣在整個(gè)浸泡周期內(nèi)抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)基本一致。試樣強(qiáng)度在浸泡0～1 d內(nèi)快速下降,1 d之后試樣強(qiáng)度反而隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加,在浸泡21 d時(shí)仍未趨于穩(wěn)定并有繼續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。C-3d試樣抗壓強(qiáng)度下降最為明顯,僅為初始強(qiáng)度的53.3%,即強(qiáng)度軟化系數(shù)始終最低。B-7d試樣強(qiáng)度下降幅度最小,為初始強(qiáng)度的83.2%,即強(qiáng)度軟化系數(shù)始終最高。7d-C-1d試樣強(qiáng)度介于兩者之間,為初始強(qiáng)度的71.2%,但初始下降后絕對(duì)強(qiáng)度值仍高于B-7d試樣。試樣抗壓強(qiáng)度快速下降的主要原因是水分子弱化了試樣硬化體結(jié)構(gòu),宏觀上表現(xiàn)為試樣強(qiáng)度快速降低。水分弱化效應(yīng)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面:水分子侵入試樣內(nèi)部使主要強(qiáng)度相分解成易溶物質(zhì),水分子包裹在顆粒表面形成水膜并在物相分解后形成孔道而產(chǎn)生楔入作用。試樣強(qiáng)度增長(zhǎng)的主要原因是原本未水化物質(zhì)繼續(xù)水化生成水化硅酸鈣等多種產(chǎn)物,膠結(jié)土顆粒形成骨架結(jié)構(gòu)而使強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。由于CO2碳化反應(yīng)的消耗導(dǎo)致碳化試樣的可水化物質(zhì)減少,故抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較小,增長(zhǎng)速率較慢。浸泡21 d時(shí),C-3d試樣強(qiáng)度恢復(fù)到初始強(qiáng)度的73.3%,7d-C-1d試樣強(qiáng)度恢復(fù)到初始強(qiáng)度的80%,而浸泡3 d時(shí)B-7d試樣強(qiáng)度就已經(jīng)超過初始強(qiáng)度,浸泡21 d時(shí)強(qiáng)度相比初始強(qiáng)度增長(zhǎng)53.9%。

2.4 干濕循環(huán)

固化土試樣外觀形貌、抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度軟化系數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化過程如圖5所示。4次干濕循環(huán)時(shí),3種不同方式處理水泥固化土試樣外表并未出現(xiàn)明顯變化。6次和8次循環(huán)時(shí),B-7d試樣上邊緣少量土顆粒脫落,10次循環(huán)后下邊緣局部土顆粒脫落。6次循環(huán)后C-3d試樣上邊緣少量土粒即將脫落,8次和10 循環(huán)后上邊緣有明顯局部脫落。6次以上循環(huán)時(shí),7d-C-1d試樣上邊緣局部土體顆粒脫落。經(jīng)歷多次干濕循環(huán)后,試樣均有不同程度的土顆粒脫落,但整體完整性較高,土粒脫落程度較低。B-7d試樣強(qiáng)度軟化系數(shù)始終最高,C-3d強(qiáng)度軟化系數(shù)始終最低,而7d-C-1d介于二者之間,保持在0.8以上且強(qiáng)度絕對(duì)值超過5.5 MPa。

圖5 不同干濕循環(huán)作用下碳化水泥土表觀形貌和強(qiáng)度變化過程Fig.5 Change in appearance and strength of carbonated solidified soil under different dry-wet cycles

B-7d試樣抗壓強(qiáng)度先快速上升后緩慢上升,10次干濕循環(huán)后強(qiáng)度高達(dá)7.5 MPa,相比初始強(qiáng)度提高63.4%。濕循環(huán)時(shí)大量水分的補(bǔ)充以及干循環(huán)下的溫度效應(yīng),使水泥固化試樣水化反應(yīng)速率和反應(yīng)程度提高,抗壓強(qiáng)度快速增加。由于水化物質(zhì)消耗,干濕循環(huán)后期水化反應(yīng)程度降低,強(qiáng)度增長(zhǎng)速率減慢。C-3d和7d-C-1d試樣強(qiáng)度先快速下降后逐漸增加,8次循環(huán)后C-3d強(qiáng)度有所下降而7d-C-1d強(qiáng)度依舊上升。早期階段,干濕交替增加了水泥固化試樣內(nèi)部孔隙通道體積;溫度效應(yīng)使試樣開裂,試樣內(nèi)部孔隙率增大而加劇水分弱化作用(溶蝕作用:溶解水化產(chǎn)物;介質(zhì)作用:擴(kuò)展裂紋通道;水膜作用:減小摩擦系數(shù))。干濕循環(huán)早期,多因素綜合作用下試樣抗壓強(qiáng)度逐級(jí)降低,即C-3d試樣第2次干濕循環(huán)時(shí)強(qiáng)度降至最低,為初始強(qiáng)度的57.9%,7d-C-1d第3輪干濕循環(huán)時(shí)強(qiáng)度降到最低,即5.5 MPa,為初始強(qiáng)度的80.1%。隨著干濕循環(huán)持續(xù)進(jìn)行,溫度效應(yīng)逐漸占據(jù)主導(dǎo),促進(jìn)了水泥固化,使強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng),即C-3d強(qiáng)度增至初始強(qiáng)度的78.4%,7d-C-1d增至初始強(qiáng)度的90.3%。由于CO2碳化反應(yīng)導(dǎo)致可水化物質(zhì)減少,碳化試樣后期水化反應(yīng)程度逐漸下降。經(jīng)第8次循環(huán)后,C-3d試樣受干濕循環(huán)破壞的劣化作用超過水化反應(yīng)的增強(qiáng)作用,使強(qiáng)度有所下降。

2.5 凍融循環(huán)

凍融循環(huán)作用下固化土試樣外觀形貌、抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度軟化系數(shù)的變化過程如圖6所示。試樣B-7d經(jīng)2次凍融循環(huán)后表觀并無明顯變化,凍融4次時(shí)僅試樣上邊緣有少量土顆粒脫落,凍融6次以上時(shí)試樣上邊緣局部有少量土粒脫落。試樣C-3d在凍融2次、4次時(shí)局部發(fā)生土粒脫落,凍融6次時(shí)試樣局部明顯脫落,凍融8次以上時(shí)試樣部分塊體崩落。試樣7d-C-1d經(jīng)6次凍融循環(huán)時(shí)無明顯外表變化,循環(huán)8次時(shí)上邊緣有土顆粒脫落趨勢(shì),循環(huán)10次凍融時(shí)試樣出現(xiàn)明顯裂縫。

圖6 不同凍融循環(huán)作用下碳化水泥土表觀形貌和強(qiáng)度變化過程Fig.6 Change in appearance and strength of carbonated solidified soil under different freeze-thaw cycles

3種方式處理試樣抗壓強(qiáng)度在2次凍融循環(huán)時(shí)均出現(xiàn)不同程度地下降,C-3d試樣強(qiáng)度下降最為明顯(強(qiáng)度軟化系數(shù)最低),僅為初始強(qiáng)度的46.1%;B-7d試樣強(qiáng)度下降幅度最小(強(qiáng)度軟化系數(shù)最高),為初始強(qiáng)度的86.7%;而7 d-C-1 d試樣強(qiáng)度介于兩者之間,為初始強(qiáng)度的63%。試樣抗壓強(qiáng)度下降的主要原因?yàn)?① 凍脹作用導(dǎo)致試樣內(nèi)部孔隙增加;② 水分子進(jìn)入試樣內(nèi)部孔隙而產(chǎn)生弱化效應(yīng),表現(xiàn)為溶蝕作用、介質(zhì)作用和水膜作用。在2～8次凍融循環(huán)時(shí),試樣抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)輕微增長(zhǎng)或下降,B-7d試樣強(qiáng)度能增至初始強(qiáng)度的1.1倍,而C-3d試樣降至初始強(qiáng)度的51%,7 d-C-1 d試樣降至初始強(qiáng)度的75.6%。試樣內(nèi)部未水化物質(zhì)繼續(xù)水化,所生成水化產(chǎn)物可強(qiáng)化試樣內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu),使強(qiáng)度輕微增長(zhǎng)。8～10次凍融循環(huán)時(shí),試樣抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)下降,其原因?yàn)榭伤镔|(zhì)被消耗,內(nèi)部水化反應(yīng)程度逐漸降低,凍融循環(huán)對(duì)試樣結(jié)構(gòu)劣化效應(yīng)愈發(fā)明顯,試樣局部土顆粒脫落程度較大甚至出現(xiàn)明顯裂縫,導(dǎo)致強(qiáng)度有所下降。

3 結(jié) 論

(1) 碳化固化土試樣抗壓強(qiáng)度隨CO2濃度和水泥摻量增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì),CO2濃度20%、水泥摻量15%～25%時(shí)碳化試樣抗壓強(qiáng)度快速增長(zhǎng),最高達(dá)7.6 MPa。CO2碳化水泥加固土過程中水化反應(yīng)和碳化反應(yīng)并存,方解石和霰石晶體的生成是CO2碳化誘發(fā)水泥固化土強(qiáng)度提升的核心機(jī)制。

(2) 整個(gè)浸水周期內(nèi)CO2碳化、水化-碳化和水化試樣的抗壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本一致,即先快速下降后又緩慢上升,強(qiáng)度軟化系數(shù)最終各回升至73.3%、80%和153.9%,并有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。固化土試樣的耐水性能優(yōu)劣排序依次為:B-7d>7d-C-1d>C-3d。

(3) 干濕循環(huán)周期內(nèi)碳化、水化-碳化和水化試樣的表觀形貌變化較小,僅邊緣部分土顆粒脫落。B-7d試樣抗壓強(qiáng)度先快速上升后緩慢上升,C-3d和7d-C-1d試樣強(qiáng)度先快速下降后逐漸增加,經(jīng)8次循環(huán)后C-3d試樣強(qiáng)度有所下降,7d-C-1d試樣強(qiáng)度依然上升,循環(huán)結(jié)束后強(qiáng)度軟化系數(shù)各達(dá)到163.4%、78.4%、90.3%。固化試樣抗干濕循環(huán)劣化性能的優(yōu)劣排序依次為:B-7d>7d-C-1d>C-3d。

(4) 凍融循環(huán)周期內(nèi)B-7d試樣僅邊緣少量土顆粒脫落,C-3d出現(xiàn)大面積塊體脫落,7d-C-1d外表形貌早期無明顯變化,后期出現(xiàn)裂縫。碳化、水化-碳化和水化試樣的抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)整體相似,即0～2次凍融循環(huán)時(shí)試樣抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度下降,2～8次凍融循環(huán)時(shí)強(qiáng)度輕微增長(zhǎng),8～10次凍融循環(huán)時(shí)強(qiáng)度出現(xiàn)下降。固化試樣抗凍融循環(huán)性能優(yōu)劣排序依次為:B-7d>7d-C-1d>C-3d。