磷石膏对二灰稳定红黏土强度特性的影响及微观机理分析

黄世斌; 马衍周; 王家全; 林志南

doi:10.3724/j.gyjzG23083129

磷石膏对二灰稳定红黏土强度特性的影响及微观机理分析

doi: 10.3724/j.gyjzG23083129

黄世斌^1,2,
马衍周^1,2,
王家全^1,2, ,,
林志南^1,2

1. 广西科技大学广西高校防灾减灾与预应力技术重点实验室, 广西柳州 545006;
2. 广西壮族自治区岩土灾变与生态治理工程研究中心, 广西柳州 545006

基金项目:

国家自然科学基金项目（52468047）；广西重点研发计划项目（桂科AB25069142）；广西自然科学基金重点项目（2022GXNSFDA035081）。

详细信息

作者简介:
黄世斌，硕士，高级实验师，主要从事道路工程及岩土工程研究，hsb321@163.com。

通讯作者:
王家全，博士，教授，博士生导师，主要从事加筋土结构、地基基础工程、土木工程灾害防治等方面的研究，wjquan1999@163.com。

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出版历程
- 收稿日期: 2023-08-31
- 网络出版日期: 2025-07-15

Effects of Phosphogypsum on Strength Properties of Lime-Fly Ash Stabilized Red Clay and Its Microscopic Mechanism Analysis

HUANG Shibin^1,2,
MA Yanzhou^1,2,
WANG Jiaquan^{1,2
, ,},
LIN Zhinan^1,2

1. Guangxi University Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation and Prestress Technology, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006, China;
2. Guangxi Zhuang Autonomous Region Engineering Research Center of Geotechnical Disaster and Ecological Control, Liuzhou 545006, China

摘要

摘要: 为解决二灰土（石灰、粉煤灰、红黏土）早期强度低、水稳定性差的缺陷，同时考虑固体废弃物磷石膏的再生利用问题，通过室内试验研究了磷石膏对二灰土力学性能的影响，并利用扫描电镜（SEM）试验和X射线衍射（XRD）试验分析了改良前后二灰土的微观结构特征和成分变化。结果表明：磷石膏可显著提升二灰土的早期强度和水稳定性，随着磷石膏掺量的增加，二灰土的无侧限抗压强度（UCS）呈现出先升高后降低的变化趋势；石灰掺量为8%时，石灰∶粉煤灰∶磷石膏=1∶2∶0.5组的强度达到峰值，7 d UCS提高67.2%，28 d增强了3倍；7 d养护试样饱水后无明显变化，抗崩解能力增强，水稳系数提升43%，28 d试样水稳系数达到0.91；SEM分析显示，磷石膏的加入促进了新水化产物的生成，土体由碎散的颗粒状转变为更致密的胶凝网络结构；XRD分析揭示了新的水化产物为钙矾石，其生成是二灰土强度提升的主要原因。
- 磷石膏 /
- 二灰土 /
- 无侧限抗压强度 /
- 微观结构 /
- 钙矾石
Abstract: In order to solve the problems of low early strength and poor water stability in lime-fly ash soil （a mixture of lime， fly ash， and red clay）， while considering the recycling of solid waste phosphogypsum， the study investigated the effects of phosphogypsum on the mechanical properties of lime-fly ash soil by indoor tests， and the microstructural characteristics and compositional changes of lime-fly ash soil before and after improvement were analyzed by scanning electron microscope tests and X-ray diffraction tests. The results revealed that phosphogypsum significantly enhanced the soil's early strength and water stability. With increasing phosphogypsum dosage， the soil’s unconfined compressive strength （UCS） initially increased and then decreased. The optimal mix（lime∶fly ash∶phosphogypsum=1∶2∶0.5） achieved peak strength at 8% lime addition， with UCS increasing by 67.2% at 7 days and tripling at 28 days. After saturation， the 7-day cured specimens showed no significant visual changes but demonstrated improved disintegration resistance. The water stability coefficient was elevated by 43%， reaching 0.91 at 28 days. SEM analysis demonstrated that phosphogypsum addition promoted the formation of new hydration products， transforming the soil structure from discrete granular particles into a denser cementitious network. XRD analysis identified these products as ettringite， which contributed to the soil’s strength enhancement.
- phosphogypsum /
- lime-fly ash soil /
- unconfined compressive strength /
- microstructure /
- ettringite

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参考文献(30)

[1]	周丹，黄英，杨恒，等. 干湿循环对云南饱和重塑红土固结不排水剪切特性的影响［J］. 工业建筑，2019，49（7）：89-96.
[2]	孔令伟，陈正汉. 特殊土与边坡技术发展综述［J］. 土木工程学报，2012，45（5）：141-161.
[3]	AKBARI H R，SHARAFI H，GOODARZI A R. Effect of polypropylene fiber and nano-zeolite on stabilized soft soil under wet-dry cycles［J］. Geotextiles and Geomembranes，2021，49（6）：1470-1482.
[4]	TIWARI N，SATYAM N，PUPPALA A J. Strength and durability assessment of expansive soil stabilized with recycled ash and natural fibers［J］. Transportation Geotechnics，2021，29，100556.
[5]	陈诚，郭伟，任宇晓. 冻融循环条件下木质素纤维改良土性质研究及微观分析［J］. 岩土工程学报，2020，42（增刊2）：135-140.
[6]	周磊，易文，江伟健，等. 降雨作用下微生物改良红黏土边坡稳定性分析［J］. 中南林业科技大学学报，2023（7）：179-188.
[7]	王翔，顾凯，张玉萍，等. 生物炭对不同土体干缩开裂特性的影响及其机理研究［J］. 岩土工程学报，2023，45（4）：876-882.
[8]	曾帅，曾长贤，卞友艳，等. 干湿循环过程中红黏土改良土路基填料试验研究［J］. 铁道建筑，2020，60（6）：82-84.
[9]	WANG F T，LI K Q，LIU Y. Optimal water-cement ratio of cement-stabilized soil［J］. Construction and Building Materials，2022，320，126211.
[10]	崔宏环，朱超杰，杨尚礼，等. 干湿循环作用下改良粉质粘土的路用性能［J］. 华南理工大学学报（自然科学版），2022，50（2）：42-49.
[11]	CHEN L J，CHEN X J，WANG H，et al. Mechanical properties and microstructure of lime-treated red clay［J］. KSCE Journal of Civil Engineering，2021，25（1）：70-77.
[12]	曾军. 石灰改良红黏土的试验研究［J］. 铁道科学与工程学报，2016，13（7）：1289-1293.
[13]	卢亚琴，张华刚，罗玚，等. 现浇磷石膏墙体研究及性能试验分析［J］. 工业建筑，2014，44（4）：60-64，103.
[14]	PU S Y，ZHU Z D，HUO W W. Evaluation of engineering properties and environmental effect of recycled gypsum stabilized soil in geotechnical engineering：a comprehensive review［J］. Resources，Conservation and Recycling，2021，174，105780.
[15]	RASHAD A M. Phosphogypsum as a construction material［J］. Journal of Cleaner Production，2017，166：732-743.
[16]	刘珊，吴丰辉，瞿广飞，等. 磷石膏堆存过程中重金属的迁移转化及其生态效应［J］. 生态毒理学报，2022，17（4）：302-314.
[17]	吴浩，韩超南，汤昱，等. 我国磷石膏资源化利用研究进展［J］. 现代化工，2023，43（3）：18-21.
[18]	EBAILILA M，KINUTHIA J，OTI J. Role of gypsum content on the long-term performance of lime-stabilised soil［J］. Materials，2022，15（15）：5099-5112.
[19]	GU K，CHEN B. Loess stabilization using cement，waste phosphogypsum，fly ash and quicklime for self-compacting rammed earth construction［J］. Construction and Building Materials，2020，231，117195.
[20]	罗国夫，陈开圣，骆弟普. 磷石膏稳定红黏土的压缩特性及微观机理［J］. 硅酸盐通报，2023，42（2）：644-656.
[21]	丁建文，张帅，洪振舜，等. 水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥试验研究［J］. 岩土力学，2010，31（9）：2817-2822.
[22]	陈开圣，罗国夫，周波，等. 石灰磷石膏稳定红黏土动力特性试验研究［J］. 重庆交通大学学报（自然科学版），2023，42（10）：75-82.
[23]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 土工试验方法标准：GB/T 50123—2019［S］. 北京：中国计划出版社，2019.
[24]	中华人民共和国交通运输部. 公路路面基层施工技术细则：JTG/F 20T—2015［S］. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.
[25]	杨和平，李宏泉. 石灰改良处治高液限土的路用特性试验研究［J］. 公路工程，2013，38（4）：227-229，268.
[26]	中华人民共和国交通运输部. 公路路基施工技术规范：JTG/T 3610—2019［S］. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2019.
[27]	JAMES J J，PANDIAN P K. Plasticity，swell-shrink，and microstructure of phosphogypsum admixed lime stabilized expansive soil［J］. Advances in Civil Engineering，2016（1）：56-65.
[28]	吴立坚，钟发林，吴昌兴，等. 高液限土的路用特性研究［J］. 岩土工程学报，2003，25（2）：193-195.
[29]	ZHANG B L，CHEN K S，ZHANG K，et al. Mechanical properties and modification mechanism of phosphogypsum stabilized soil［J］. SN Applied Sciences，2022，4（8）：241-259.
[30]	JHA A K，SIVAPULLAIAH P V. Volume change behavior of lime treated gypseous soil-influence of mineralogy and microstructure［J］. Applied Clay Science，2016，119：202-212.