SEM分析揭示了改性水玻璃固化黄土的水稳性机理

测试研究在中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室进行，采用日本电子公司生产的低真空扫描电子显微镜JSM-5600LV型，分辨率3.5 nm，测试条件为20 kV。

20°Bé钠水玻璃和PS改性水玻璃固化黄土的SEM图像如图7-2所示。总体上来说，固化后黄土微结构具有如下特点：具有粒状架空结构，孔隙内充填有少量凝胶；黄土颗粒表面有吸附物，为固化时化学反应所生成的凝胶，凝胶以薄膜形式包覆于黄土骨架颗粒表面，颗粒由点接触变为面接触，增大了颗粒之间的接触面积，加强了颗粒间的连接力和胶结能力。

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图7-2　不同体积比PS改性的水玻璃20°Bé固化黄土SEM图（×500）

观察、对比改性前后固化黄土样的SEM图像可以看出，普通水玻璃固化的黄土依然具有粒状架空结构，骨架颗粒以单粒为主，颗粒形态为棱角状和次棱角状，棱角清晰，土中颗粒多呈点接触，接触面积小，孔隙以架空孔隙为主；固化时化学反应所生成的凝胶薄膜包覆在黄土骨架颗粒表面上，颗粒表面出现了胶凝材料特有的裂纹（如图7-2中黑色框中所示）。复合改性水玻璃固化的黄土孔隙内充填有凝胶，颗粒形态以次棱角状和次圆形为主，黄土颗粒表面被凝胶薄膜所包覆，土中颗粒多呈面接触，孔隙以架空孔隙为主，通过凝胶薄膜将黄土颗粒黏结成为一个整体。普通水玻璃固化黄土所形成的凝胶黏结桥存在较大的裂纹，而复合改性之后所形成的凝胶在黄土中却比较平滑，黏结比较紧密。钾和钠的离子半径分别为0.133nm和0.095nm，K+的截面比Na+大，与CO2碰撞的几率大于Na+，所以K+吸收CO2而硬化的速率比钠水玻璃快。固化过程中出现两次凝胶过程，Na+的凝胶薄膜覆盖K+凝胶薄膜的裂纹。因此复合改性水玻璃固化黄土的强度要高于普通水玻璃固化黄土的强度。