改性水玻璃固化黄土的水稳性机理研究成果

钾水玻璃的优点是其抗老化性能比钠水玻璃好，对石英等矿物的侵蚀性比钠水玻璃较弱，有利于减少固化土的溃散性、提高整体性。二者混合后的复合改性水玻璃抗吸湿性比钾水玻璃、钠水玻璃各自的抗吸湿性都强，不是简单的混合，是发生了凝胶结构变化的产物［1］。钾水玻璃对钠水玻璃的改性过程可能是：将钾水玻璃加入钠水玻璃中，打破了各自原来的平衡体系，胶体溶液中各组分重组。虽pH值发生了改变，但非酸碱中和反应，并伴随热效应，形成与原钾水玻璃、钠水玻璃均不同的新的粒径分布，形成细化胶粒［25］，达到复合改性水玻璃的目的。

将刚混合的钾钠水玻璃充分与黄土拌和，固化过程中可同时存在以下特点［26-27］：

（1）发生钾水玻璃对钠水玻璃的改性过程与相互作用，细化胶粒。

（2）复合改性水玻璃与黄土中的胶结物（黏土矿物、碳酸盐岩、有机质）、碱土金属易溶盐、骨架颗粒等组分进行复杂的化学作用、物理—化学作用，生成细化的各类凝胶即水合硅酸钙（镁）凝胶、水合硅酸凝胶和含钠水玻璃凝胶等物质。凝胶除少部分填充于黄土的部分孔隙中，大孔隙依然存在，大部分包覆在骨架颗粒与原有胶结物表面，形成黏结桥，并使固化黄土中孔隙表面积增大、最可几孔径减小、小孔隙增多，尤其小于10 μm的孔径急剧增加；包覆状态的凝胶使土颗粒表面较平滑，黏结较紧密，骨架颗粒连接由原来的点接触变成面胶结，将骨架颗粒黏结成为一个空间网状整体，(www.xing528.com)

（3）具很大表面能的凝胶质点因相互作用进一步靠近和长大，即质点表面的Si-OH基失水形成Si-O-Si键，缩合失水、质点缩小；伴随着改性过程的热效应及龄期增加，固化土中的孔隙水和缩合水进行物理脱水进入孔隙中，增强了凝胶自身的强度。

（4）固化土的空间网状整体、凝胶缩合失水硬化、孔隙水与缩合水的消散抑制了黏土矿物和有机质的活性，强化了胶结物抗水性联结，黄土水稳性与强度得到了改善。

（5）值得说明的是，黄土中的黏土矿物如伊利石等可能会对复合改性水玻璃中的K+、Na+进行竞争性吸附，选择K+进入伊利石相邻晶层间的氧原子网格的空穴中，加强伊利石晶层间的连接力；K+、Na+的离子半径分别为0.133 nm和0.095 nm，K+的截面比Na+大，与CO2碰撞的几率大于Na+，所以K+吸收土体中的CO2而硬化的速率比Na+快。固化过程中会有两次凝胶化过程，Na+的凝胶薄膜会覆盖K+凝胶薄膜及其裂纹，增强了凝胶薄膜的厚度及强度。故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。