摘 要：為更好地剖析巖土滲透性能，以無機(jī)膠粘巖土為研究對象，提出相應(yīng)的滲透性評價指標(biāo)測定方法，測試了9個試樣pH值，測定了試樣的金屬元素含量，開展抗?jié)B實(shí)驗(yàn)，分析X射線衍射的成分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖土pH值普遍低于7，呈明顯酸性，在提升巖土抗?jié)B性能方面具有重要作用；巖土金屬元素含量的變化，對巖土抗?jié)B性能影響微乎其微；巖土滲透系數(shù)與抗?jié)B標(biāo)號之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系;氟硅酸鈉的改變，會增加對巖土抗?jié)B性能的影響程度。研究結(jié)果為相關(guān)人員提供有效的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：無機(jī)粘接劑；混凝土；抗?jié)B性能

中圖分類號：

TQ430.7+75

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A文章編號：

1001-5922（2024）01-0049-04

Experimental study on the impermeability performance of inorganic adhesive rock and soil

FU Min

（Hunan Provincial Communications Planning，Survey amp; Design Institute Co.，Ltd.，Changsha 410200，China）

Abstract：In order to better analyze the permeability performance of rock and soil，inorganic adhesive rock and soil was taken as the research object，and the corresponding permeability evaluation index measurement method was proposed.The pH values of 24 samples were tested，the metal element content of the samples was determined，impermeability performance experiments were carried out，and the components of X-ray diffraction were analyzed.The experimental results showed that the pH value of rock and soil was generally lower than 7，showing an obvious acidity，which played an important role in improving the impermeability performance of rock and soil.The change of metal element content in rock and soil had minimal impact on its impermeability performance.There was a negative correlation between the permeability coefficient of rock and soil and the impermeability grade.The change of sodium fluorosilicate increased the degree of impact on the impermeability performance of rock and soil.The research results provide effective reference and reference for relevant personnel.

Key words： inorganic adhesive;concrete;impermeability performance

目前，水利工程、鐵路工程等建設(shè)，均用到土砂混合物，如果使用某種膠粘劑材料與土的混合物，可以在保證工程抗壓強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高其抗?jié)B性能、耐水性，這在邊坡加固、沙漠治理等工程建設(shè)中發(fā)揮出重要作用［1］?，F(xiàn)階段國內(nèi)外在巖土抗?jié)B性能評價、以及抗?jié)B性能試驗(yàn)方面存在一定的差異，國際上主要采用滲透水量法，對巖土的滲透系數(shù)進(jìn)行測定，國內(nèi)主要采用滲透壓力法，對巖土的抗?jié)B標(biāo)號進(jìn)行測定，2種方法存在很大的不同［2］。對于巖土而言，其抗?jié)B性能可以真實(shí)有效地反映巖土抵抗壓力水滲透能力，抗?jié)B性能好的巖土可以表現(xiàn)較高的耐久性。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1.1 膠粘劑配制

當(dāng)膠粘劑屬于硅酸鹽型時，將其與土壤膠結(jié)進(jìn)行充分混合后，可以表現(xiàn)出良好的膠結(jié)性能。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，將水溶性較高的硅酸鈉設(shè)置為基礎(chǔ)材料，將氟硅酸鈉設(shè)置為無機(jī)膠粘劑，然后，對土壤進(jìn)行膠結(jié)處理。在本次實(shí)驗(yàn)中，主要選用模數(shù)大于3的高模硅酸鈉，可以確保膠粘劑膠結(jié)后形成較高的抗?jié)B性能［3］。

1.2 巖土對比和選用

巖土作為常見的巖石風(fēng)化產(chǎn)物，其形成過程具有一定的復(fù)雜性。巖土主要是由礦物顆粒、氣體、水資源等部分組成，該物質(zhì)屬于典型的散體物質(zhì)。對于膠體而言，當(dāng)其比表面積不斷增加時，其物理化學(xué)活性、水分子結(jié)合能力變得越來越強(qiáng)，同時，還增加顆粒之間的凝結(jié)性。在進(jìn)行抗?jié)B實(shí)驗(yàn)時，選取云南地區(qū)、山沙、寒帶土、紅土、長江堤壩土、溫帶土、亞粘土、粘土、溫帶紅土、泥沙土9種樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時，還要選用型號為WPF2的2 m平面光柵攝譜儀，對以上9種土樣的金屬元素含量進(jìn)行精確化測定，測定結(jié)果如表1所示。

選用型號為PHS—2C酸度計，對以上9種土樣的pH值進(jìn)行精確化測定；并借助密度測量儀器，測量以上9種土樣的密度，測量結(jié)果如表2所示。

由表2可知，不同種類土樣的pH值和密度幾乎一致，并不存在較大的差別。因此，對膠結(jié)土性能影響相對較?。?］。因此，研究的膠粘劑可以廣泛地應(yīng)用于以上9種巖土，這表明該膠粘劑應(yīng)用表現(xiàn)出較高的廣泛性，在此重點(diǎn)研究紅土這一巖土的抗?jié)B性能。

1.3 膠結(jié)土指標(biāo)控制

膠結(jié)土主要指標(biāo)：（1）粒度。粒度大小，直接影響膠結(jié)土性能。在本次實(shí)驗(yàn)時，將巖土的粒度設(shè)置在0.8 mm以下，粒度越小，說明膠結(jié)土性能越高。同理，需要將氟硅酸鈉的粒度設(shè)置在0.8 mm以下，以提高巖土的膠結(jié)性能。（2）安全性。膠結(jié)土安全性主要是指巖土與膠混合后，其體積變化表現(xiàn)出一定的均勻性和安定性。因此，在實(shí)驗(yàn)時，要優(yōu)先選用安全性高的膠結(jié)土。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 抗?jié)B試件制備

一組抗?jié)B試件中，含有6個圓臺試件，該圓臺試件頂面直徑、底面直徑、高度分別為180、190、200 mm。在正式實(shí)驗(yàn)之前，需要擦干凈試模，并將機(jī)油薄薄地涂抹在試模表面［5］。在制備土樣時，要選用紅土，將該紅土的粒度控制在0.8 mm以下，將該紅土與配置好的膠粘劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?，將攪拌混合好的混合物放置到圓臺型模子中，并輕輕刮掉表面多余的膠結(jié)土，使用抹刀對其進(jìn)行抹平處理，當(dāng)該混合物自然凝固后，將其制造成四組砌塊，對其進(jìn)行3 d養(yǎng)護(hù)，然后，對其抗?jié)B性能進(jìn)行有效測試［6］。

2.2 抗?jié)B標(biāo)號確定

借助單組6個試件中的不存在滲水問題的最大壓力，對抗?jié)B標(biāo)號進(jìn)行表示［7］。在測定抗?jié)B標(biāo)號時，需要采用逐次加壓法，對其進(jìn)行精確測定，也就是說6個試件必須從0.2 MPa壓力開始，借助試件底部進(jìn)行水壓施加，平均每隔8 h，增加0.2 MPa水壓，當(dāng)3個試件頂面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時，需要暫停實(shí)驗(yàn)操作，并記錄此時所對應(yīng)的水壓，該水壓用“H”表示，抗?jié)B標(biāo)號計算公式：

S=10H-1（1）

式中：S代表抗?jié)B標(biāo)號；H代表6個試件中的水壓值。當(dāng)水壓不斷增加，并增加至所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時，需要將6個試件中的表面滲水的試件數(shù)量控制在2個以下，則試件所對應(yīng)的抗?jié)B標(biāo)號超過所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3 滲透系數(shù)確定

借助滲透系數(shù)，可以有效地評定膠結(jié)土的抗?jié)B性能［8］。在確定滲透系數(shù)時，在水壓恒定不變的情況下，選用抗?jié)B儀器，對膠結(jié)土的滲水深度進(jìn)行精確化計算，計算公式：

Sk=WD2m/2TH（2）

式中：Sk、Dm、H、T、W分別代表相對滲透系數(shù)、平均滲水深度、水壓力、恒壓經(jīng)過時間、巖土吸水率。

2.4 抗?jié)B實(shí)驗(yàn)過程

在抗?jié)B實(shí)驗(yàn)時，需要嚴(yán)格按照水工混凝土實(shí)驗(yàn)規(guī)程，選用如圖1所示的數(shù)顯抗?jié)B儀裝置，該裝置型號為HS-40W。在套模處理試件之前，需要將石蠟等密封材料涂抹于試件表面，在涂抹石蠟期間，要盡可能避免試件端面位置，同時，還要借助加壓裝置，向烘熱好的試件套模上壓入指定試件，此時，石蠟等密封材料一旦遇到高溫，會出現(xiàn)受熱熔化現(xiàn)象，采用間隙密封的方式，將試件于套模進(jìn)行有效地分離，避免水資源從間隙中滲出。

6個試件水壓從0.2 MPa開始，將水壓施加到試件底部，平均每隔8 h，增加0.2 MPa水壓，當(dāng)3個試件頂面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時，需要暫停實(shí)驗(yàn)操作，并記錄此時所對應(yīng)的水壓［5］。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 pH值測試

選用PHS-2C酸度計，對紅土pH值進(jìn)行測量，經(jīng)過測量，發(fā)現(xiàn)紅土的pH值為5.8，這表明紅土呈現(xiàn)出酸性，可以為巖土提供多個氫離子，活化處理硅酸鈉，從而形成所需要的硅酸溶膠。

當(dāng)硅酸鈉水溶性較高時，通常會用到氟硅化物固化劑，由于氟硅化物固化劑結(jié)構(gòu)與硅酸鈉極其類似，因此，二者混合后，會形成較高的凝膠強(qiáng)度，促使空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)化，從而降低滲透性，確保其抗?jié)B性能達(dá)到較佳狀態(tài)［6-8］。

3.2 金屬元素測定

在測定巖土金屬元素時，選用型號為WPF2的平面光柵攝譜儀，最終測試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，巖土金屬元素含量的改變，并不會對其抗?jié)B性能產(chǎn)生較大的影響。

3.3 抗?jié)B實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行巖土抗?jié)B實(shí)驗(yàn)時，選用型號為HS-40W數(shù)顯抗?jié)B儀，每組試樣統(tǒng)一設(shè)置為6塊，然后，對6塊相對滲透系數(shù)進(jìn)行科學(xué)測定，并計算出其平均值，測試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在第1組試驗(yàn)中，所添加的氟硅酸鈉最少，對改組平均相對滲透系數(shù)進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)該系數(shù)較小，滲水量減小，表現(xiàn)出良好的抗?jié)B性能［9］。

抗?jié)B標(biāo)號與平均相對滲透系數(shù)之間的關(guān)系如圖3所示。

由圖3可知，巖土滲透系數(shù)與抗?jié)B標(biāo)號之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，巖土抗?jié)B標(biāo)號會隨著其平均相對滲透系數(shù)的減小而呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢；反之，當(dāng)巖土平均相對滲透系數(shù)增加時，巖土抗?jié)B標(biāo)號不斷減?。?0］。

3.4 X射線衍射

脫模后的試塊四周會出現(xiàn)大量白毛，該白毛呈現(xiàn)出片狀或者絨毛狀。但是，當(dāng)該試塊表面白毛被太陽長時間曝曬后，會明顯減少，利用X射線衍射（XRD）對白毛進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)該白毛中含有大量NaF、Na2HPO4等化合物，其中，Na2HPO4含量最多，在第1組實(shí)驗(yàn)中，所形成的4#、6#膠結(jié)土的XRD譜圖分別如圖4（a）、（b）所示。

由圖4可知，4#膠結(jié)土相對滲透系數(shù)為4.5×10-7cm/s；6#膠結(jié)土相對滲透系數(shù)為3.64×10-7 cm/s，而平均相對滲透系數(shù)為4.84×10-7cm/s，說明4#、6#膠結(jié)土相對滲透系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平均相對滲透系數(shù)。這表明Na2HPO4物質(zhì)適量添加，可以促使相對滲透系數(shù)不斷減小，使得試塊表現(xiàn)出較高的抗?jié)B性能［11］。此外，從圖4還可看出，白毛中的NaF物質(zhì)明顯減小，完全滿足環(huán)保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，這是由于NaF屬于有毒性的化合物，該化合物的存在必須滿足環(huán)保相關(guān)指標(biāo)。

4 結(jié)語

（1）巖土金屬元素含量的改變，并不會對其抗?jié)B性能產(chǎn)生較大的影響;

（2）當(dāng)巖土的pH值低于7時，巖土表現(xiàn)出較高的抗?jié)B性能;

（3）氟硅酸鈉的適量添加，可以確保巖土的抗?jié)B性能達(dá)到較佳狀態(tài)，完全符合環(huán)保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

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