西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術

西北地域鹽漬土分布和成因鹽漬土地域路面結構設計提議西北地域鹽漬土病害調查西北地域鹽漬土病害機理分析匯報主要內容鹽漬土防治技術甘肅暢隴公路養(yǎng)護技術研究院西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第1頁1.西北地域鹽漬土分布和成因甘肅暢隴公路養(yǎng)護技術研究院鹽漬土按含鹽化學成份分類鹽漬土按鹽漬化程度分類公路工程中，將易溶鹽含量大于0.3%，溶陷、鹽脹、腐蝕等工程特征土定義為鹽漬土。鹽漬土名稱氯鹽漬土>2——亞氯鹽漬土2～1——亞硫酸鹽漬土1～0.3——硫酸鹽漬土<0.3——碳酸鹽漬土——>0.3鹽漬土分類鹽漬土名稱土層平均含鹽量氯鹽漬土及亞氯鹽漬土硫酸鹽漬土及亞硫酸鹽漬土弱鹽漬土0.3～10.3～0.5中鹽漬土1～50.5～2強鹽漬土5～82～5過鹽漬土>8>5西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第2頁1.西北地域鹽漬土分布和成因中國鹽漬土地資源分布圖西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第3頁

1.西北地域鹽漬土分布和成因

中國鹽漬土土地面積約1.9081×105km2，約占國土面積1.99%，主要分布于干旱、半干旱和嚴寒西北地域。其中甘肅省是鹽漬土分布面積較多省份之一，全省約有1.16×104km2，主要分布在河西走廊敦煌、玉門、酒泉、臨澤、永昌、民勤等河西隔壁地域。河西戈壁沙漠地域西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第4頁深根性植物或鹽生植物含鹽母質土大陸性干旱或半干旱氣候1.西北地域鹽漬土分布和成因成土條件氣候地形水文母質植被

低平地、內陸盆地

降水量小，蒸發(fā)量大西北地域鹽漬土成因西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第5頁

1.西北地域鹽漬土分布和成因鹽脹溶陷凍脹翻漿

在低溫作用下，鹽分吸水結晶，體積膨脹，1、路基、路面出現鼓脹開裂2、路肩以及邊坡渙散剝蝕硫酸鹽類冷季NaClNa2SO4等鹽類潮濕多雨季節(jié)1、腐蝕作用能使混凝土結構物、金屬物等道路設施產生麻面和疏松等損壞。2、形成路基溶淋、溶蝕現象。造成路面坎坷不平,無路拱,雨季打滑,易形成車轍,路基土沿著溫度降低方向生成了冰晶體形狀霜柱,使路面隆起1、產生縱向裂縫2、重載產生網狀裂縫

鹽漬土解凍季節(jié)鹽漬土冬季1、氯鹽漬土蒸發(fā)遲緩，翻漿不易干燥，路面損壞厲害。2、硫酸鹽漬土在降低冰點，加重翻漿。鹽漬土引發(fā)路面病害西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第6頁2.

西北地域鹽漬土病害調查

砂礫土病害調查路面調查周圍環(huán)境調查原材料調查病害分布病害特征病害處調查水文地質涵洞邊坡水西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第7頁2.

西北地域鹽漬土病害調查周圍環(huán)境全線鹽漬土鹽脹隆起開裂面層

部分路段沉陷基層翻漿等非鹽漬土腐蝕環(huán)境非腐蝕環(huán)境

病害調查方案西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第8頁2.

西北地域鹽漬土病害調查路面調查

路面隆起路面開裂4-6月路面解凍季節(jié)，調查顯示病害呈隆起形式，普通隆起5cm左右，隆起病害基本為橫向發(fā)生，間隔在約20m左右引發(fā)頂面開裂。

年春節(jié)對疑似鹽漬土經典病害金永路展開調查分析西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第9頁2.

西北地域鹽漬土病害調查病壞處調查瀝青面層，厚度均勻半剛性基層出現渙散隆起，失去結構強度病害發(fā)生在半剛性基層渙散粒料置于陽光下一段時間后表層有白色結晶體，結構體疏松可能由此造成。西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第10頁2.

西北地域鹽漬土病害調查周圍地形環(huán)境調查河道析出鹽邊坡防護中鋼筋混凝土銹蝕涵洞結晶鹽道路周圍均為腐蝕環(huán)境西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第11頁2.

西北地域鹽漬土病害調查

使用原材料調查

所用砂礫土料場處于河道中，屬于高鹽類地域，且料層中夾雜鹽漬土層，屬于高鹽類地域，且料層中夾雜鹽漬土層，制料過程中極易混入成品料，提升砂礫土含鹽量，最終造成鹽類侵蝕發(fā)生。西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第12頁2.

西北地域鹽漬土病害調查從調查情況來看，病害只發(fā)生在半剛性基層中，并非全線發(fā)生，排除因為溫差引發(fā)熱脹。原材料中含有肉眼可見鹽類，推斷可能由鹽類侵蝕引發(fā)。因為半剛性基層是隆起狀，而能夠造成這類病害原因有鹽結晶膨脹、硫酸鹽侵蝕膨脹和堿骨料反應引發(fā)膨脹三種。因為全線使用同一水源和水泥，排除這兩種原材料引發(fā)病害，主要從所用砂礫入手進行分析。

調查結論西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第13頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析甘肅暢隴公路養(yǎng)護技術研究院病害機理分析方案機理分析材料分析氣候地質分析含鹽量堿活性硫酸根含量體積穩(wěn)定性成分分析形貌成分分析溫差地下水西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第14頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析原材料化學分析及微觀分析

腐蝕等級腐蝕介質環(huán)境類型Ⅰ水（mg/L）土(mg/kg)微硫酸鹽含量SO42-＜200＜300弱200~500300~7500中500~1500750~2250強＞1500＞2250結論：病害路面段所用原材料砂礫土1和鹽漬土、渙散結構層都為鹽漬土，硫酸鹽腐蝕等級為強到中。無病害路段所用原材料砂礫土2為非鹽漬土，腐蝕等級弱。說明砂礫土是造成路面病害原因西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第15頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析鹽漬土分析：調查中發(fā)覺砂礫土中存在大量鹽漬土夾層，對鹽漬土進行了化學分析和微觀分析。

分析結果表明鹽漬土含有較高硫酸根離子，為強腐蝕等級。而其夾雜在砂礫土中，組成了砂礫土細料成份，造成砂礫土鹽含量偏高。XRD圖譜分析鹽漬土易溶鹽中含有82.90%半水石膏和17.10%二水石膏西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第16頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析水質分析XRD得出水中溶解鹽含有57.13%半水石膏20.84%石膏19.04%芒硝2.99%氫氧化鈣化學成份分析水為弱腐蝕等級，這些離子均會存在造成半剛性基層發(fā)生病害風險。

周圍環(huán)境分析對涵洞內壁上結晶體做了XRD分析發(fā)覺其主要成份為硫酸鈉，比重占到了95%以上西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第17頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析

病害產物分析半剛性基層取樣進行SEM掃描，觀察水泥水化產物，發(fā)覺只有少許水化產物CSH凝膠，存在大量柱狀鹽類結晶使得原本密實水泥水化結構變得疏松，失去結構強度，同時因為結晶引發(fā)結構膨脹，這是宏觀上發(fā)生隆起病害直接原因。病害產物化學分析為中等腐蝕等級鹽漬土，下列圖為病害查產物SEM掃描照片西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第18頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析病害產物微觀成份分析XRD分析結果表明病害產物易溶鹽中含有96.74%半水石膏和3.26%硫酸鈉。這說明在發(fā)生硫酸鹽結晶膨脹同時，半剛性基層內水泥水化產物也遭到了硫酸鹽化學侵蝕，造成水化產物Ca(OH)2轉化為難溶物CaSO4，水化產物體系內堿度降低，CSH凝膠分解，失去粘結性能，從而深入加劇了結構疏松和膨脹，使得病害提前發(fā)生。西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第19頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析原材料和病害產物化學成份和組成推斷認為發(fā)生鹽脹以及硫酸鹽侵蝕可能性很大。病害產物XRD結果證實存在大量石膏類物質，能夠必定發(fā)生了硫酸鹽類化學侵蝕病害發(fā)生在春季，春融帶來充分水分，水分使得鹽分在半剛性結構體中進行運輸，部分停留在結構空隙中或者水泥石毛細孔中；結構空隙中鹽分伴隨水分揮發(fā)結晶，而水泥石毛細孔中鹽分因為水化過程中水分揮發(fā)而逐步結晶，二者形成結晶壓力使得整個結構體膨脹疏松，從而引發(fā)路面隆起。鹽漬土病害是由硫酸鹽結晶膨脹和化學侵蝕雙重作用下引發(fā)，兩中作用機理相互促進，造成病害提前發(fā)生。初步結論西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第20頁原材料體積穩(wěn)定性及強度分析3.西北地域鹽漬土病害機理分析為了深入證實以上分析正確性以及模擬病害發(fā)生過程，對所取兩種砂礫進行體積穩(wěn)定性試驗和強度試驗。堿活性試驗試驗條件：1mol/L80℃氫氧化鈉溶液中浸泡14天試驗目標：判斷是否為堿集料引發(fā)膨脹試驗結果：膨脹率為0.09%，可忽略，確定不是堿集料引發(fā)膨脹

原材料體積穩(wěn)定性試驗試驗條件：置于30℃1%硫酸鈉溶液中，強度試件置于80℃水浴中養(yǎng)生。試驗目標：縮短試驗周期，模擬實際環(huán)境所用原材料水泥砂漿穩(wěn)定性和強度改變，判斷是否發(fā)生鹽脹西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第21頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析注：1為砂礫土1,

2為砂礫土2,

3為砂礫土1水洗后加入10%標準細沙,4為砂礫土1水洗后加入10%鹽漬土，5為空白樣不一樣砂礫土進行膠砂膨脹率試驗砂礫土1和水洗砂礫土1加鹽漬土膠砂其膨脹率相當,大于砂礫土2說明砂礫土1中硫酸鹽可能來自料場內鹽漬土。一個干濕循環(huán)后，各膠砂膨脹率顯著增大，說明各膠砂中都有一定數量硫酸鹽發(fā)生了結晶膨脹，造成膨脹率增大。空白樣和砂礫土2因為內部硫酸鹽含量少或者沒有，其膨脹率要較小。隨著齡期增加，不一樣砂礫土膠砂膨脹率與空白樣比值逐步下降，不過砂礫土1膠砂和水洗砂礫土1加鹽漬土比值依舊較高，說明鹽脹一直在繼續(xù)。西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第22頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析

分析結論1.砂礫土1膠砂與水洗后砂礫土1加鹽漬土膠砂膨脹率及強度發(fā)展規(guī)律相同，能夠判定，砂礫土10.075mm以下成份中含有鹽漬土，而鹽漬土中含有大量硫酸鹽類物質，使得砂礫土1易溶鹽含量超標，配制半剛性基層發(fā)生膨脹病害。2.干濕循環(huán)過程會加劇含硫酸鹽砂礫土膠砂膨脹。

西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第23頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析砂礫土強度分析空白樣比值先平穩(wěn)增加后降低趨勢伴隨水化進行，試件內部水分降低，濕度降低，部分硫酸鹽在水泥石毛細孔內或者表面孔隙內結晶，產生膨脹應力。早期：因為膨脹會使水泥石內部結構愈加致密，抵消因為水泥化學收縮造成內部拉應力，整體上試件強度平穩(wěn)發(fā)展。后期：因為試件內部水分深入降低，濕度深入下降，形成大量硫酸鹽結晶，其結晶壓力超出試件承受值，就會發(fā)

生膨脹破壞，破壞程度與硫酸鹽含量成正比。西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第24頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析硫酸鹽侵蝕分類鹽析侵蝕化學侵蝕硫酸鹽與混凝土中一些水化產物發(fā)生反應生成膨脹產物造成混凝土膨脹破壞。

硫酸鹽遇水吸濕溶解，再結晶沉淀時便要吸收對應水分子成結晶狀，體積增大而使土產生膨脹，干燥時結晶水釋出，成無水狀態(tài)，體積又對應縮小，干濕循環(huán)使路面膨脹開裂。

鈣礬石型石膏型鎂硫型碳硫硅酸鈣

結晶壓力結晶水改變體積膨脹鹽溶液在水泥基材料毛細作用下進入水泥石孔隙中，當環(huán)境溫度或者相對濕度發(fā)生改變時，水泥石孔溶液中鹽類飽和，析出晶體，產生結晶壓力，造成裂紋生成和發(fā)展，最終造成水泥基材料破壞。鈉鹽和鎂鹽水合物生成均造成體積膨脹，無水芒硝轉化為芒硝，體積膨脹315%，當膨脹造成拉應力超出水泥基材料極限拉應力時，水泥石內部就會出現開裂現象。西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第25頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析金永路現場調查結合化學分析和XRD分析發(fā)覺，病害體系PH值只有9.62，且大量生成了石膏，初步判定為石膏型金永路病害機理分析侵蝕過程可分為4個階段:

SO42-從水泥基材料外部向內部擴散和水泥基材料孔隙溶液中Ca(OH)2逐步向外部溶出鈣礬石形成,石膏作為中間產物存在Ca(OH)2消耗完成,可溶性堿溶出或者形成低溶解度堿,水泥石堿度降低,CSH分解,石膏作為反應產物存在

鈣礬石分解,CSH繼續(xù)分解,更多石膏生成化學侵蝕使得水泥失去膠接性能，整個半剛性基層內部抵抗硫酸鹽結晶壓力能力降低，從而使得結構提前破壞，發(fā)生隆起病害。西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及與防治技術第26頁3.西北地域鹽漬土病害機理分析1.本調查經過對金永路隆起病害進行室外調查發(fā)覺，病害發(fā)生于半剛性基層，且展現膨脹渙散狀態(tài)，對病害和其周圍環(huán)境中鹽類進行SEM微觀分析及XRD成份分析，發(fā)覺其發(fā)生了硫酸鹽侵蝕。2.對病害路段所用原材料進行化學分析，分析結果表明所用砂礫土易溶鹽和硫酸根離子偏高，為中度鹽漬土，且其對半剛性基層結構有高度腐蝕性。3.采取室內試驗對原材料進行檢驗，相比較于空白試樣，采取病害路段砂礫土，存在膨脹和強度損失現象。經過對比試驗發(fā)覺，病害路段所用料場內鹽漬土混入造成半剛性基層膨脹。4.對發(fā)生膨脹機理進行分析，認為因為原材料中含有大量硫酸鹽，使得半剛性基層結構內發(fā)生硫酸鹽結晶以及硫酸鹽化學侵蝕；因為化學侵蝕使得水泥失去膠接性能，整個半剛性基層內部抵抗硫酸鹽結晶壓力能力降低，從而使得結構提前破壞，發(fā)生隆起病害。金永路病害調查分析結論西北地區(qū)鹽漬土病害調查分析及