在2025年，氯化鈣行業(yè)展現(xiàn)出多元發(fā)展態(tài)勢(shì)，尤其是在土木工程材料改良方面。隨著建筑行業(yè)對(duì)特殊地質(zhì)條件下土壤改良需求的增加，氯化鈣憑借其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，在紅黏土改良領(lǐng)域逐漸嶄露頭角。紅黏土作為一種在我國(guó)南方廣泛分布的特殊土壤，具有高液限含水量、高分散性以及受干濕循環(huán)影響易開(kāi)裂等特性，給工程建設(shè)帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。而氯化鈣因其吸濕能力強(qiáng)、價(jià)格低廉且環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為改良紅黏土的潛在優(yōu)質(zhì)材料，相關(guān)研究與應(yīng)用不斷拓展，這也促使氯化鈣行業(yè)在該領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。
紅黏土在我國(guó)南方省份如廣西、云南、貴州、四川等地廣泛分布。其具有高土體強(qiáng)度、低土體壓縮性、高土體孔隙比、高液限含水量(如本文研究的桂林紅黏土液限達(dá) 75.9%)、高土體分散性等特點(diǎn)。同時(shí)，受干濕循環(huán)作用，土體干縮開(kāi)裂顯著。許多工程實(shí)例表明，以紅黏土作為基礎(chǔ)的路基邊坡等構(gòu)筑物，降雨時(shí)雨水沿土體表面裂隙向縱深擴(kuò)展侵蝕土體，致使開(kāi)裂發(fā)育更顯著，破壞土體結(jié)構(gòu)，引發(fā)工程事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)紅黏土的特點(diǎn)，此前已有多種改良研究，但在改善紅黏土持水性能方面探討較少。而氯化鈣作為常用干燥劑，吸濕性強(qiáng)，具備優(yōu)秀的持水性能，為紅黏土改良提供了新方向。
本次試驗(yàn)所用紅黏土取自廣西桂林市臨桂區(qū)某在建建筑工地地表下 3 - 5 m 處，土樣呈棕紅色，天然含水率較高。其具體物理性質(zhì)指標(biāo)為：液限 75.9%、塑限 28.2%、塑性指數(shù) 47.8、最大干密度 1.56 g?cm -3、最優(yōu)含水率 27%、比重 2.73。試驗(yàn)用的氯化鈣添加劑為分析純級(jí)別，白色顆粒狀，含量≥96%，pH(50g?L -1，25℃)在 8.0 - 10.0 之間。試驗(yàn)用水均為蒸餾水。
界限含水率試驗(yàn)：由于界限含水率試驗(yàn)試樣土體含水率處于變動(dòng)狀態(tài)，使用 100 g?L -1 氯化鈣溶液進(jìn)行試驗(yàn)。取室溫下自然風(fēng)干的桂林紅黏土土樣 250g，木錘碾碎過(guò) 0.5 mm 篩，用蒸餾水配置試樣，在搪瓷平板托盤中調(diào)配成均勻膏狀，放置于調(diào)土皿中浸潤(rùn)過(guò)夜;同樣方式用 100 g?L -1 氯化鈣溶液調(diào)配土樣。
直剪試驗(yàn)：取室溫自然風(fēng)干的桂林紅黏土土樣，木錘碾碎過(guò) 2mm 篩，置于 100 - 110℃烘箱內(nèi)烘干 8h，冷卻至室溫后制備兩組直剪試樣。一組按紅黏土土體最優(yōu)含水率 27% 加水配置紅黏土素土土樣;另一組將 10%(氯化鈣與風(fēng)干紅黏土的土體質(zhì)量比)的氯化鈣以溶液形式摻加到紅黏土中，再按最優(yōu)含水率 27% 加水制備土樣。兩組土樣攪拌均勻后密封靜置 24h。采用壓樣法制樣，在真空缸內(nèi)抽氣 2h 后，在蒸餾水中浸泡 12h 使其飽和后進(jìn)行直剪。對(duì)每組紅黏土素土、氯化鈣 - 紅黏土進(jìn)行垂直壓力 100、200、300、400kPa 的不固結(jié)不排水快速剪切試驗(yàn)，剪切速率設(shè)為 0.8mm?min -1，直至試樣土體破壞。
干化試驗(yàn)：本次紅黏土干化試驗(yàn)溫度控制在 25℃，由高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱完成。配置 150% 含水率的紅黏土素土泥漿試樣 3 個(gè)(直徑 85mm)與添加 10% 土體質(zhì)量比例氯化鈣的氯化鈣 - 紅黏土泥漿樣 3 個(gè)(直徑 85mm)，將試樣置于 25℃恒溫箱中，定時(shí)用高清攝像設(shè)備拍照并稱量試樣質(zhì)量。
向桂林紅黏土中添加干土土體質(zhì)量比例為 10% 的分析純無(wú)水氯化鈣后，通過(guò)液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)定發(fā)現(xiàn)，紅黏土的液限含水量從 75.9% 降低至 72.2%，塑限含水量從 28.2% 增加至 29.3%，塑性指數(shù)從 47.8 降至 42.9。當(dāng)氯化鈣以溶液形式均勻添加至紅黏土中時(shí)，紅黏土顆粒表面的負(fù)電荷吸引孔隙水中的 Ca2?，致使黏土顆粒表面四周的雙電層被壓縮，擴(kuò)散層結(jié)合水膜厚度減小，紅黏土土顆粒持水能力減弱，液限含水量降低。同時(shí)，土體孔隙溶液中的氯化鈣與空氣接觸面積相對(duì)較大，與空氣中二氧化碳反應(yīng)生成微小碳酸鈣晶體，增加了黏粒含量并在土顆粒間產(chǎn)生聯(lián)結(jié)，提高了土體可塑性，使得塑限含水量略微提高，總體表現(xiàn)為塑性指數(shù)降低。
對(duì)紅黏土素土、氯化鈣 - 紅黏土進(jìn)行不固結(jié)不排水直接剪切試驗(yàn)。按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)紅黏土素土試樣(1 - 3 號(hào)試樣)、氯化鈣 - 紅黏土試樣(4 - 6 號(hào)試樣)分別施加垂直壓力 100、200、300、400kPa 進(jìn)行快速剪切試驗(yàn)，剪切速率 0.8mm?min -1 直至土體破壞。結(jié)果表明，桂林紅黏土的抗剪強(qiáng)度隨垂直壓力增加而增大，加入 10% 分析純氯化鈣后抗剪強(qiáng)度減小。從抗剪強(qiáng)度指標(biāo)看，摻加氯化鈣后紅黏土黏聚力整體呈增大趨勢(shì)，內(nèi)摩擦角呈減小趨勢(shì)。從氧化鐵膠結(jié)角度分析，以溶液形式加入的氯化鈣呈弱堿性，在堿性條件下無(wú)定形鐵溶解度很低，黏土土體中晶態(tài)氧化鐵形成受阻，導(dǎo)致黏土顆粒之間結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)點(diǎn)的骨架支撐處膠結(jié)能力弱化，土體力學(xué)性能下降。且部分 SiO?在堿性條件下反應(yīng)，破壞了膠體間的橋架結(jié)構(gòu)，紅黏土土體中主要膠結(jié)作用的鐵鋁氧化物膠體被鈣離子不完全交換，損壞了土顆粒間的緊密結(jié)構(gòu)。
對(duì)紅黏土素土、氯化鈣 - 紅黏土進(jìn)行土體干化試驗(yàn)。結(jié)果顯示，在 25℃環(huán)境中，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到 51h 時(shí)，紅黏土素土試樣首次出現(xiàn)裂隙;而氯化鈣 - 紅黏土試樣在 53h 時(shí)首次出現(xiàn)裂隙。在 51h 時(shí)，紅黏土素土試樣含水率較氯化鈣 - 紅黏土試樣大幅度下降。干化試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，紅黏土素土試樣含水率均值為 6.06%，氯化鈣 - 紅黏土試樣含水率均值為 20.36%，較紅黏土素土試樣提高 14.30%。這表明氯化鈣的加入提升了紅黏土的持水性能。
《2025-2030年全球及中國(guó)氯化鈣行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，氯化鈣性質(zhì)穩(wěn)定，吸濕性能良好，能吸收潮濕空氣中的水分，無(wú)水氯化鈣吸濕量可達(dá) 80%，且需在 260℃以上才能完全脫水。在 25℃環(huán)境中，無(wú)水氯化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)物主要為 CaCl??6H?O。CaCl??6H?O 是一種無(wú)機(jī)水合鹽類固液相變材料，具有大于純水的潛熱與比熱容，其溶液蒸發(fā)速率小于純水。紅黏土因失水收縮產(chǎn)生開(kāi)裂破壞比一般黏土更明顯，由于水分蒸發(fā)，土體從飽和到非飽和狀態(tài)，土顆粒間產(chǎn)生水 - 氣 - 粒三界面，出現(xiàn)基質(zhì)吸力，當(dāng)張拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時(shí)土體出現(xiàn)裂隙，裂隙又加速水分遷移散失。而當(dāng)紅黏土中添加氯化鈣時(shí)，因其溶液比熱容大于純水及自身吸水能力，使得氯化鈣 - 紅黏土中水分蒸發(fā)速率低于紅黏土素土，水分蒸發(fā)速率降低提高了相同時(shí)間內(nèi)紅黏土土體的含水率，延長(zhǎng)了土體裂隙產(chǎn)生時(shí)間并減慢裂隙產(chǎn)生速度，進(jìn)而提高了氯化鈣 - 紅黏土的持水能力。
通過(guò)一系列試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氯化鈣對(duì)紅黏土有著多方面影響。在界限含水率方面，加入氯化鈣致使桂林紅黏土液限含水量降低、塑限含水量略微增加，總體塑性指數(shù)降低。在持水性能上，在低于 29℃的溫度環(huán)境中，氯化鈣 - 紅黏土試樣持水性能強(qiáng)于紅黏土素土試樣。在力學(xué)性質(zhì)方面，氯化鈣的加入減弱了紅黏土土顆粒間的膠結(jié)力和化學(xué)鍵作用力，改變了紅黏土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)減弱。這些研究成果為氯化鈣在紅黏土改良領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的數(shù)據(jù)與理論參考，也為2025年氯化鈣行業(yè)在土木工程領(lǐng)域的拓展提供了有力支撐，后續(xù)可進(jìn)一步深入研究氯化鈣與紅黏土相互作用的長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及在不同復(fù)雜工程環(huán)境下的應(yīng)用效果。
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