磷石膏穩(wěn)定紅黏土的壓縮特性及微觀機(jī)理

羅國夫，陳開圣，駱弟普

(貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴陽 550025)

0 引 言

貴州省境內(nèi)碳酸鹽巖分布地區(qū)的地表普遍存在殘積紅黏土，覆蓋厚度一般為5～7 m，最大厚度超過20 m，是一種典型的特殊性黏土，該類型黏土具有高天然含水量、高液限等不良物理性質(zhì)，用于路基填筑時(shí)存在壓實(shí)困難、干縮開裂嚴(yán)重等問題[1-3]?！豆仿坊O(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2015)第3.3.3條規(guī)定，液限大于50%、塑性指數(shù)大于26的細(xì)粒土不得直接作為路堤填料。針對(duì)紅黏土性能的改良技術(shù)，國內(nèi)外開展了大量研究，石灰、水泥、砂、聚合物、纖維都被用于改良紅黏土的收縮性能[4-6]。

磷石膏是生產(chǎn)磷酸的副產(chǎn)品，全世界每年產(chǎn)生的磷石膏超過3億噸，綜合利用率只有10%左右。未被回收利用的磷石膏通常就地堆放或作掩埋處理，對(duì)環(huán)境造成了不同程度的危害，研究其高效利用途徑對(duì)解決我國磷酸工業(yè)的困境具有重大意義[7-8]。徐雪源等[9]研究了磷石膏、粉煤灰、石灰、黏土混合料作為基層材料的干縮特性，從干縮特性角度來看，向混合料中摻入石膏作為路面基層材料是可行的，并推薦磷石膏-粉煤灰-石灰-黏土混合料的配合比(質(zhì)量比)為15 ∶20 ∶6 ∶59和15 ∶25 ∶8 ∶52。李俊鵬等[10]將磷石膏用作路基填料，研究了其最佳含水率、液塑限、加州承載比(California bearing ratio， CBR)等指標(biāo)，并對(duì)磷石膏用于路基填筑的可行性進(jìn)行論證。錢正富等[11]采用固化劑改良水泥磷石膏穩(wěn)定材料，通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、干濕循環(huán)試驗(yàn)、凍融循環(huán)試驗(yàn)等，分析評(píng)價(jià)磷石膏用于公路基層的可行性。彭波等[12]分別對(duì)石灰磷石膏穩(wěn)定土與水泥磷石膏穩(wěn)定土進(jìn)行 CBR 試驗(yàn)、抗壓回彈模量試驗(yàn)和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了磷石膏綜合穩(wěn)定路基土的推薦配合比。彭波等[13]使用生命周期方法評(píng)估磷石膏石灰穩(wěn)定土的環(huán)境影響，認(rèn)為在滿足道路需求的前提下，提高磷石膏含量，降低石灰含量或用水泥替代石灰可顯著減輕環(huán)境影響。

目前的研究主要集中在磷石膏粉煤灰穩(wěn)定材料方面，針對(duì)磷石膏穩(wěn)定紅黏土方面的基礎(chǔ)理論成果缺乏。在高速鐵路、公路設(shè)計(jì)中，控制路基變形是重要的環(huán)節(jié)，壓縮系數(shù)與壓縮模量是計(jì)算、控制路基在運(yùn)營階段受荷載沉降變形的重要參數(shù)。本文通過固結(jié)試驗(yàn)，以水泥為固化劑，研究不同配合比下磷石膏穩(wěn)定紅黏土的壓縮特性及機(jī)理，改善紅黏土工程特性，為磷石膏在道路工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)土樣取自福泉牛場至道坪公路改擴(kuò)建工程K14+000～K16+000段，取土深度為0～3 m，土樣呈褐色，土質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)致密，天然含水率高，黏聚性較大，基本參數(shù)見表1。

表1 紅黏土的基本物理指標(biāo)Table 1 Basic physical indexes of red clay

磷石膏取自貴州省福泉市甕福磷礦，含水率較大，呈深褐色、灰色。磷石膏基本物理參數(shù)見表2，化學(xué)成分見表3，重金屬及放射性檢測結(jié)果見表4。根據(jù)表4檢測結(jié)果，磷石膏重金屬含量未超過《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》(GB 5085.3—2007)相關(guān)規(guī)定，放射性指數(shù)未超過《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)相關(guān)規(guī)定。

水泥為西南牌P·C 32.5R硅酸鹽水泥，灰色，干燥，無結(jié)塊，基本參數(shù)見表5。經(jīng)檢測，該水泥樣品各項(xiàng)指標(biāo)均符合《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)的技術(shù)指標(biāo)要求。

表2 磷石膏的基本參數(shù)Table 2 Basic parameters of phosphogypsum

表3 磷石膏的化學(xué)成分Table 3 Chemical composition of phosphogypsum

表4 磷石膏的重金屬及放射性檢測結(jié)果Table 4 Test results of heavy metals and radioactivity of phosphogypsum

表5 水泥的基本參數(shù)Table 5 Basic parameters of cement

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)對(duì)水泥改性材料水泥劑量的規(guī)定，對(duì)用于底基層、塑性指數(shù)大于12的土來說，推薦水泥用量為6%～14%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))?？紤]水泥過多會(huì)導(dǎo)致路基收縮裂縫增加且經(jīng)濟(jì)性不佳，故將水泥摻量范圍初定為 3%、5%、7%。參考國內(nèi)外的研究成果[14-16]設(shè)置兩種配合比，第一種按照水泥與磷石膏的質(zhì)量比為1 ∶1、1 ∶2和1 ∶3設(shè)置，第二種按照磷石膏與土的質(zhì)量比為1 ∶1、1 ∶2和1 ∶3配比設(shè)置，結(jié)果見表6。本文中水泥以C表示，磷石膏以P表示，紅黏土以T表示。

表6 磷石膏穩(wěn)定紅黏土的配合比Table 6 Mix proportion of phosphogypsum-stabilized red clay

1.2 制備樣品

取磷石膏、紅黏土過2 mm篩，按配合比稱取磷石膏和紅黏土混合均勻。稱取預(yù)定質(zhì)量的水，預(yù)留其中3%，剩余水采用噴灑方式加入混合料，攪拌均勻后密封浸潤24 h。之后稱取預(yù)定質(zhì)量的水泥與預(yù)留3%的水混合均勻，然后加入混合料中拌制均勻。稱取預(yù)定質(zhì)量的混合料土樣，放入制樣器中制備直徑為68.1 mm的環(huán)刀試樣，壓實(shí)度為90%，含水率為最佳含水率。樣品需在拌勻后1 h內(nèi)完成制備。環(huán)刀試樣在溫度為(20±2) ℃、濕度≥95%的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7 d，養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 壓縮試驗(yàn)

按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG 3430—2020)進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)。荷載等級(jí)采用50、100、200、400、800 kPa依次加載，加載時(shí)間間隔定為1 h，并在每次加載前讀數(shù)，在最后一級(jí)荷載加載1 h讀數(shù)后，在該荷載下再持續(xù)加載24 h視為試樣變形達(dá)到穩(wěn)定，讀取最終讀數(shù)，計(jì)算試樣壓縮模量、壓縮系數(shù)、孔隙比。初始孔隙比按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：e0為試樣初始孔隙比，精度為0.01；ρ0為試樣的初始密度，g/cm3；ω0為試樣初始含水率，%；ρs為試樣密度，g/cm3。

某一荷載范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)按式(2)和(3)計(jì)算。

(2)

(3)

式中：av為壓縮系數(shù),MPa-1；pi為某一單位豎向荷載,kPa；Si為某一級(jí)荷載下的沉降量，計(jì)算至0.1 mm;h0為初始高度,mm；∑Δhi為某級(jí)荷載下的總變形量,mm。

某一荷載范圍內(nèi)的壓縮模量按式(4)計(jì)算。

(4)

式中：Es為壓縮模量，MPa。

1.4 微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

依照壓縮試驗(yàn)結(jié)果，選取代表性配合比進(jìn)行掃描電子顯微鏡試驗(yàn)與X射線衍射試驗(yàn)。稱取預(yù)定質(zhì)量的混合料，倒入制樣器中，一次靜壓成型，制成直徑為61.8 mm、高度為20 mm的環(huán)刀試樣。試樣制備完成后放入溫度為(20±2) ℃、濕度為95%的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7 d，7 d后試樣脫模進(jìn)行微觀試驗(yàn)。

掃描電子顯微鏡型號(hào)為HITACHI SU8100，加速電壓為3.00 kV。將環(huán)刀試樣分解成接近2 cm3的土塊。先用粗砂紙打磨土塊，再用細(xì)砂紙打磨成接近0.5 cm3的土片。用透明膠帶將打磨產(chǎn)生的粉末顆粒粘去，直到樣品表面潔凈。磷石膏穩(wěn)定紅黏土的導(dǎo)電性較差，掃描之前需要進(jìn)行噴金鍍膜。X射線衍射儀型號(hào)為Rigaku SmartLab，掃描步長為0.02°，掃描范圍為15°～80°，掃描速率為10 (°)/min。試樣取樣品中心土。

2 結(jié)果與討論

2.1 壓縮系數(shù)與豎向荷載的關(guān)系

圖1為不同配合比下混合料壓縮系數(shù)與豎向荷載的關(guān)系曲線。由圖1可知，小于200 kPa壓力下，壓縮系數(shù)隨豎向荷載的增大迅速降低，大于200 kPa壓力下，壓縮系數(shù)隨豎向荷載的增大趨于平緩。在0～200 kPa，混合料體積壓縮來源于受壓后內(nèi)部孔隙體積壓縮，這是壓縮性能降低的主要原因，該階段混合料壓縮性與豎向荷載基本呈線性關(guān)系，隨荷載增大壓縮系數(shù)下降了81.667%～84.576%；在200～800 kPa，混合料內(nèi)部可壓縮孔隙急劇減少，其體積壓縮的原因是微結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致土粒重新排列從而提高了密實(shí)程度，該階段隨荷載增大壓縮系數(shù)僅下降了15.423%～18.333%。

圖1 混合料壓縮系數(shù)與豎向荷載的關(guān)系Fig.1 Relationship between compressibility coefficient and vertical load of mixture

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)的規(guī)定，按壓縮系數(shù)av來劃分土的低、中、高壓縮性。壓縮系數(shù)av<0.1 MPa-1，混合料表現(xiàn)為低壓縮性，0.1 MPa-1≤av<0.5 MPa-1，混合料表現(xiàn)為中壓縮性，av>0.5 MPa-1，混合料表現(xiàn)為高壓縮性。水泥磷石膏穩(wěn)定紅黏土的壓縮性如表7所示。由表7中數(shù)據(jù)可知，素紅黏土為中壓縮性,磷石膏穩(wěn)定紅黏土表現(xiàn)為中、低壓縮性。

表7 磷石膏穩(wěn)定紅黏土壓縮性Table 7 Compressibility of phosphogypsum-stabilized red clay

續(xù)表

2.2 壓縮模量與水泥摻量的關(guān)系

圖2為不同豎向荷載下壓縮模量與水泥摻量的關(guān)系。由圖2可知，混合料壓縮模量隨豎向荷載的增大而增大，且隨水泥摻量的增加而增大。以200 kPa下mC∶mP=1 ∶1為例，水泥摻量3%時(shí)，壓縮模量為13.41 MPa，水泥摻量為7%時(shí)，壓縮模量為18.08 MPa，提升了34.82%。這是由于水泥中的CaO、黏土中的SiO2遇水時(shí)，發(fā)生水化反應(yīng)分別生成水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠、水化鋁酸鈣(C-A-H)和氫氧化鈣[17]。反應(yīng)物進(jìn)行離子交換會(huì)促進(jìn)混合料內(nèi)部顆粒聚集，填充顆粒之間的孔隙，使混合料變得更加致密，孔隙率降低，從而提升了壓縮模量。

圖2 不同豎向荷載下壓縮模量與水泥摻量的關(guān)系Fig.2 Relationship between compressive modulus and cement content under different vertical loads

2.3 壓縮模量與磷石膏摻量的關(guān)系

圖3為不同豎向荷載下壓縮模量與磷石膏摻量的關(guān)系。由圖3可知，各豎向荷載條件下，隨磷石膏摻量增加，混合料壓縮模量先增大后減小，壓縮模量最大值出現(xiàn)在mC∶mP=1 ∶3附近。以200 kPa下5%水泥摻量為例，mC∶mP=1 ∶1時(shí)壓模模量僅為16.45 MPa，mP∶mT=1 ∶1時(shí)壓縮模量僅為15.64 MPa，而mC∶mP=1 ∶3時(shí)壓縮模量為22.26 MPa，相較mC∶mP=1 ∶1時(shí)提升了35.32%，相較mP∶mT=1 ∶1時(shí)提升了42.33%。

圖3 不同豎向荷載下壓縮模量與磷石膏摻量的關(guān)系Fig.3 Relationship between compressive modulus and phosphogypsum content under different vertical loads

2.4 各因素關(guān)聯(lián)度分析

上述結(jié)果表明水泥與磷石膏摻量對(duì)混合料的壓縮模量會(huì)產(chǎn)生影響，為了探究水泥與磷石膏摻量對(duì)壓縮模量影響的主次性，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法進(jìn)行分析。通過灰色關(guān)聯(lián)度分析，可以反映各因素之間的關(guān)聯(lián)性，并可根據(jù)關(guān)聯(lián)度分析各因素對(duì)系統(tǒng)影響的主次性[18]。

定義Xi=(xi(1),…,xi(n))為因素Xi的序列。其中xi(k)是原始數(shù)據(jù)使用均值法無量綱化后的數(shù)值。將原始數(shù)據(jù)無量綱化后，按照式(5)、(6)計(jì)算關(guān)聯(lián)度，按照關(guān)聯(lián)度大小，評(píng)價(jià)各個(gè)因素的關(guān)聯(lián)性。

(5)

(6)

分別取水泥摻量、磷石膏摻量、豎向荷載為因素，分別計(jì)算壓縮模量與水泥摻量、磷石膏摻量、豎向荷載的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表8所示, 不同的水泥摻量、磷石膏摻量、豎向荷載共有90個(gè)組合。限于篇幅僅展示其中部分?jǐn)?shù)據(jù)。

根據(jù)式(6)，計(jì)算各因素與壓縮模量的關(guān)聯(lián)度，結(jié)果如表9所示。在三個(gè)變量中豎向荷載對(duì)壓縮模量的影響最大，符合一般經(jīng)驗(yàn)。在水泥摻量與磷石膏摻量中，水泥摻量對(duì)壓縮模量具有更顯著的影響，結(jié)合圖2與圖3可看出，水泥摻量的提高對(duì)壓縮模量的提升更大。以800 kPa下為例，水泥摻量由3%增加至7%，不同配合比下的壓縮模量提升了9.99～15.45 MPa，最大提升53.72%。磷石膏摻量由3%增加至47.5%，不同配合比下的壓縮模量提升了5.05～13.08 MPa，最大提升36.64%。

表8 各參考序列與壓縮模量的關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 8 Correlation coefficient between each reference sequence and compressive modulus

表9 壓縮模量與各因素的關(guān)聯(lián)度Table 9 Correlation between compressive modulus and various factors

2.5 壓縮模量的非線性擬合

圖2和圖3分別為壓縮模量與水泥摻量或磷石膏摻量的單因素關(guān)系，為了分析壓縮模量與水泥摻量、磷石膏摻量雙因素的關(guān)系，進(jìn)行二元非線性擬合，擬合結(jié)果見圖4和表10，函數(shù)關(guān)系見式(7)。

f(x,y)=a1y3+a2(y+bx)2+a3y+a4x2+a5x+c

(7)

式中：x為水泥摻量;y為磷石膏摻量;f(x,y)為壓縮模量;a,b,c為待定系數(shù)。

R2為確定系數(shù)，一般R2≥0.9認(rèn)為擬合效果較好。根據(jù)表10結(jié)果，不同荷載下R2總體上大于0.9。同時(shí)，圖4展示了不同荷載下，擬合函數(shù)的曲面圖形，從圖中可以看出，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)基本分布在擬合函數(shù)的曲面附近,表明該函數(shù)擬合效果較好。

圖4 壓縮模量曲面擬合Fig.4 Compression modulus sufrace fitting

表10 待定系數(shù)與擬合效果Table 10 Undetermined coefficients and fitting effects

2.6 機(jī)理分析

為探究隨磷石膏摻量增大，壓縮模量先增大后減小且在mC∶mP=1 ∶3附近達(dá)到最大的微觀原因。固定水泥摻量為5%，取不同磷石膏摻量的試樣分別進(jìn)行SEM與XRD試驗(yàn)。SEM照片見圖5，成分分析見表11。

混合料的壓縮主要來源于兩方面:1)混合料受壓后內(nèi)部孔隙體積壓縮；2)混合料受壓微結(jié)構(gòu)破壞，土粒重新排列降低了孔隙率。基于上述兩方面原因，壓縮模量的變化機(jī)理如下。

圖5 不同磷石膏含量混合料的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM images of mixtures with different phosphogypsum content

表11 不同磷石膏摻量下礦物含量Table 11 Mineral content under different phosphogypsum content

2.6.1 混合料孔隙變化機(jī)理

孔隙體積的壓縮是導(dǎo)致壓縮模量變化的主要原因，孔隙率越大，可壓縮空間越大，壓縮模量越小。反之孔隙率越小，可壓縮空間小，壓縮模量越大。隨著磷石膏摻量增加，壓縮模量先增大后減小，本質(zhì)是隨磷石膏摻量增加孔隙率先降低后升高。

圖5顯示：5%水泥-5%磷石膏配合比下，混合料粒徑主要分布在10～30 μm；5%水泥-15%磷石膏配合比下，混合料粒徑分布在10～80 μm；5%水泥-31.67%磷石膏配合比下，混合料粒徑在200 μm左右。磷石膏摻量較低時(shí)，混合料為級(jí)配單一的細(xì)顆粒；隨磷石膏摻量增加，混合料級(jí)配改良，粒徑分布變廣；當(dāng)磷石膏摻量繼續(xù)增大，混合料級(jí)配為單一的粗顆粒。

上述混合料級(jí)配的變化微觀上是由顆粒聚合實(shí)現(xiàn)的。有研究顯示，磷石膏主要成分為CaSO4·2H2O，不能引起紅黏土中石英SiO2、高嶺石Al2(OH)4Si2O5等成分的化學(xué)鍵斷裂，但在加水拌和后，其離子成分與土粒間存在物理吸附與化學(xué)吸附作用[19]?；旌狭贤ㄟ^物理吸附與化學(xué)吸附作用，使細(xì)顆粒逐漸聚合成團(tuán)聚體。

物理吸附：混合料加水拌和時(shí)，磷石膏溶解的Ca2+在靜電吸引作用下吸附在帶有負(fù)電荷的土顆粒表面，隨著磷石膏摻量增大，Ca2+的靜電吸附作用增強(qiáng)，混合料團(tuán)聚體體積增大。該現(xiàn)象也在其他學(xué)者的研究中得到證實(shí)，如Capotosto等[20]逐步提高CaCl2濃度，發(fā)現(xiàn)隨著Ca2+濃度增加土的團(tuán)聚體體積變大。

化學(xué)吸附：紅黏土中的石英SiO2、高嶺石Al2(OH)4Si2O5表面含有氧化硅基團(tuán)和氧化鋁基團(tuán)?；旌狭霞铀韬蜁r(shí)，兩種基團(tuán)在不同程度上吸附溶解的H+與Ca2+，促進(jìn)混合料聚集?；瘜W(xué)吸附過程見式(8)～(10)。

(8)

(9)

(10)

綜上可知，摻入磷石膏后，Ca2+的物理吸附作用與氧化硅基團(tuán)和氧化鋁基團(tuán)的化學(xué)吸附作用導(dǎo)致顆粒聚集成團(tuán)。磷石膏摻量低時(shí)，混合料為單一粒徑的細(xì)顆粒。磷石膏過量時(shí)，混合料為單一粒徑的粗顆粒。兩者都存在級(jí)配不良，孔隙率較大。當(dāng)mC∶mP=1 ∶3時(shí)，混合料微觀上由水泥-紅黏土-磷石膏團(tuán)聚體、紅黏土細(xì)顆粒、未完全反應(yīng)的水泥細(xì)顆粒、磷石膏細(xì)顆粒共同組成。此時(shí)，混合料粒徑分布范圍最廣，級(jí)配最好，孔隙率降低，因而該配合比下壓縮模量最大。

2.6.2 混合料微結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化機(jī)理

在低荷載作用時(shí)，混合料壓縮的來源主要是上述孔隙體積壓縮。隨著荷載逐步增大，混合料微結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，顆粒在壓力作用下進(jìn)行重新排列，降低了孔隙率，使混合料體積壓縮。因此，混合料微結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度變化也是壓縮模量變化的原因之一。當(dāng)摻入水泥及磷石膏后，導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化的主要原因如下：

C-S-H凝膠的膠結(jié)作用：混合料加水拌和后，水泥發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠(見式(11))。C-S-H凝膠在常溫下以層狀和鏈狀為主，具有很強(qiáng)的物理膠結(jié)能力，可以將松散的土顆粒連接，提升了土體的膠結(jié)力。

(11)

鈣礬石對(duì)團(tuán)聚體內(nèi)咬合作用的影響：磷石膏中的CaSO4·2H2O與水泥水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2、3CaO·Al2O3反應(yīng)生成鈣礬石，見式(12)、(13)。

(12)

(13)

團(tuán)聚體表面C-S-H凝膠的層狀結(jié)構(gòu)與鈣礬石的針狀結(jié)構(gòu)交錯(cuò)搭接，使團(tuán)聚體咬合力提高。表11中，隨著磷石膏摻量增加，鈣礬石含量逐漸增加，在mC∶mP=1 ∶3時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸減少至消失。這是由于磷石膏過量時(shí)，硫酸根可以大幅度降低混合料的pH值，混合料呈酸性，使鈣礬石溶解[21-23]，見式(14)。因此，隨磷石膏摻量增加，團(tuán)聚體內(nèi)的咬合作用先增大后減小。

(14)

Ca2+置換使膠凝物質(zhì)溶解：穩(wěn)定紅黏土中陽離子濃度發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生離子置換作用，隨著Ca2+濃度升高，土中的K+、Na+、Fe3+不斷被置換，紅黏土黏聚力降低[24]。游離氧化鐵是紅黏土中的主要膠結(jié)物質(zhì)，包括赤鐵礦Fe2O3、針鐵礦FeO(OH)、纖鐵礦γ-FeO(OH)，其結(jié)構(gòu)為絮凝狀結(jié)構(gòu)，游離氧化鐵含量的增加使土體因膠結(jié)作用更為致密[25]。表11顯示，隨著磷石膏摻量增加，F(xiàn)e3+含量逐漸降低，說明磷石膏中的Ca2+置換了紅黏土中的Fe3+。游離氧化鐵含量減少，從而降低了團(tuán)聚體的膠結(jié)能力。

磷石膏的滑動(dòng)變形作用：大量菱形板塊狀的磷石膏未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，堆積在團(tuán)聚體外部。磷石膏板塊表面光滑，易發(fā)生滑移變形[26]。

綜上所述，在磷石膏摻量較低時(shí)，水泥水化反應(yīng)增強(qiáng)了團(tuán)聚體膠結(jié)力，磷石膏與水化產(chǎn)物反應(yīng)生成的鈣礬石增強(qiáng)了團(tuán)聚體的咬合力，二者使團(tuán)聚體強(qiáng)度增大。磷石膏過量時(shí)，鈣礬石溶解能夠降低團(tuán)聚體咬合力，游離氧化鐵減少能夠降低團(tuán)聚體膠結(jié)力，磷石膏光滑板塊的堆積使團(tuán)聚體表面受壓后易滑移破壞，三者使團(tuán)聚體強(qiáng)度降低。當(dāng)mC∶mP=1 ∶3時(shí),鈣礬石含量最大，團(tuán)聚體咬合力最強(qiáng)，且膠凝物質(zhì)溶解不多，磷石膏尚未堆積在團(tuán)聚體表面，此時(shí)團(tuán)聚體強(qiáng)度最大，不易發(fā)生破壞重組，孔隙率降低。

3 結(jié) 論

1)素紅黏土為中壓縮性,磷石膏穩(wěn)定紅黏土為中、低壓縮性。壓縮模量隨水泥摻量增加而增大，隨磷石膏摻量增加先增大后減小，在水泥與磷石膏質(zhì)量比為1 ∶3時(shí)壓縮模量最大。

2)各因素對(duì)磷石膏穩(wěn)定紅黏土壓縮模量的影響程度依次為豎向荷載>水泥摻量>磷石膏摻量。

3)磷石膏穩(wěn)定紅黏土的壓縮模量與水泥摻量、磷石膏摻量的函數(shù)關(guān)系為f(x,y)=a1y3+a2(y+bx)2+a3y+a4x2+a5x+c。利用該函數(shù)關(guān)系可預(yù)估不同水泥摻量、磷石膏摻量的混合料在特定荷載條件下的壓縮模量。

4)隨著磷石膏摻量增加，水泥的水化反應(yīng)、吸附作用以及鈣礬石的生成使混合料孔隙率降低，團(tuán)聚體強(qiáng)度增大，當(dāng)水泥與磷石膏質(zhì)量比為1 ∶3時(shí)，孔隙率最小，壓縮模量最大。當(dāng)磷石膏摻量繼續(xù)增大，溶液呈酸性，鈣礬石溶解，游離氧化鐵減少，團(tuán)聚體內(nèi)的膠結(jié)作用與咬合作用降低，壓縮模量減小。