离子土固化剂对红黏土结合水的影响

土中的结合水，是控制红粘土塑性、膨胀性、收缩性、渗透性、比表面积、吸附性、变形和强度等的重要因素之一。为了研究土离子固化剂（ISS）处理后,红粘土结合水性质、存在形式、厚度、可交换阳离子种类和数量及ISS抑制红粘土胀缩的机理，需要开展差热、红外光谱、X射线衍射分析；进行比表面积、基质吸力、孔径分布测定。最终建立ISS处理后,红粘土结合水定性分析和定量测定的试验方法，揭示ISS对粘土结合水的作用机理。在此基础上，逐步揭示红粘土结合水－ISS相互作用的微观实质、红粘土与水的内在联系和粘土的水合机制；为认识ISS加固后的红粘土对水的吸附理论和ISS在红粘土－水界面吸附理论中的作用奠定基础；为红粘土－ISS相互作用机理和红粘土表面结合水结构、膨胀性、物理化学性质的深入研究提供思路；为在实际工程应用中，合理控制和利用红粘土的水化、分散和膨胀特性来调控红粘土物理化学及力学性质提供理论依据。

截至2012年12月，我负责的国家自然科学基金项目面上项目：离子土固化剂对红黏土结合水的影响（项目批准号：40972185）已经结题。项目负责人在项目执行期2010年1月—2012年12月，按时完成全部研究计划，并取得如下研究成果：.（1）进行了不同配比ISS与红色黏土作用后其物理力学性质的试验研究，对试验结果分析发现：①不同配比ISS与红色黏土的作用，能够找到反映结合水薄厚度的最低塑性指数，可以作为ISS加固红色黏土的最优配比；②ISS处理后的红色黏土X—射线衍射试验和化学组成分析结果得出，ISS加固红色黏土后并没有新的矿物晶体产生，只是矿物的晶面间距发生了很小的改变。ISS加固红色黏土的化学组成分析得出其H2O的含量比未加固的多1.88倍。表明ISS不仅能够除掉或者减少红色黏土结合水膜的厚度，而且还能减少多水高岭石或水合多水高岭石的层间水；③ISS的加入能提高红色黏土的抗剪强度，但对滑动摩擦和咬合摩擦的贡献不大，主要是提高土颗粒之间的原始粘聚力和固化粘聚力；④ISS可以置换吸附在黏土矿物表面上的交换性阳离子和极性水分子。.（2）进行了不同配比ISS与红色黏土作用后其电化学性质的试验研究，对红色黏土试样试验结果分析得出：①红色黏土的黏土矿物的净电荷为负电荷，ISS能够置换由表面电荷吸附的阳离子和极性水分子，ISS加固后，红色黏土仍然显示出一定的负电荷；②ISS与红色黏土进行离子交换后，能够降低红色黏土溶液的pH值，而且使ISS溶液的电导率有不同程度的增加。增加后的电导率是ISS溶液的电导率加上从红色黏土中置换下来的阳离子电导率；③红色黏土自溶液中的吸附要考虑三种作用力：即红色黏土与ISS之间的作用力、红色黏土与水之间的作用力和ISS与水之间的作用力；④加入ISS后红色黏土的阳离子交换量减小，表示其带负电量减小，其水化、膨胀和分散能力减弱，所形成的结合水膜厚度减薄。.（3）利用热重分析、差示扫描量热法和傅里叶变换红外光谱技术对红色黏土中的结合水进行了定量的分析，并得出：①以热重分析法和差示扫描量热法定量计算结合水，以红外光谱法定性确定黏土表面吸附结合水性质和确定结合水类型及其界限的实验研究方法是可行的。②ISS可以明显的减少红色黏土的弱结合水，最多可以从0.58%降到0.42%；强结合水也有一定程度的减少，从0.57%可以降到0.45%。