西北地区分布的大量盐渍土对机场道面各结构层具有明显的腐蚀性，对道面耐久性影响很大，目前绝大部分机场道面基层为水泥稳定砂砾石，盐渍土中的氯盐一般对钢筋产生腐蚀作用，而硫酸盐则对混凝土及水泥稳定砂砾石产生腐蚀作用^{[1, 2, 3]}。西北地区往往气温日夜差较大,相对湿度低,低温时间长，导致基层受水的干湿交替、冻融循环作用的频率高，使道面不仅受盐的腐蚀，还受冻融循环和干湿循环作用^[4]。西北地区的戈壁滩地区大量存在着不同程度的盐，这些盐随着砂砾石被掺入到基层中，与基层中水泥反应，并吸收周围水分，导致水泥稳定砂砾基层的破坏，并使道面板隆起进而引起破坏。现有研究多集中在由于盐渍土的工程特性对路面所造成的侵蚀^[5]，或面层混凝土由于除冰盐等的综合作用所造成损伤的机理、规律^{[6, 7, 8, 9, 10]}，应对措施则主要是对盐渍土和混凝土的改良上，如：盐渍土换填、固化^[9]、应用高性能混凝土^[11]等。但对于西北地区大量机场，特别是军用机场，有其自身技术要求和工作环境，目前需要针对机场水泥稳定砂砾石基层抗盐侵蚀性能及盐渍土盐胀特性开展进一步的研究。

本文分别对水泥稳定砂砾石基层及盐渍土做了硫酸盐侵蚀试验和盐胀试验，以无侧限抗压强度、最大盐冻胀力等指标来分析其规律，并对防范措施进行了探讨。

水泥稳定砂砾石所用水泥32.5级普通硅酸盐水泥，所用的砂砾石取自新疆某机场，其易溶盐检测结果如表 3所示。

为了模拟不同盐类和含盐量对水泥稳定砂砾石强度的影响，本试验添加易溶盐Na₂SO₄。按60%的含水量加蒸馏水，以5.5%的掺入比加水泥，搅拌均匀后置于潮湿环境中浸润24 h，然后将水泥稳定砂砾石制成直径为15 cm的圆柱体试模，成型1 d后放入标准养护箱养护至不同龄期。试样养护到龄期28 d 后进行浸水无侧限抗压强度试验，取3个平行试样的算术平均值作为该组试样的无侧限抗压强度值。

土样采自和田机场天然粗颗粒盐渍土，用标准筛筛出粒径在40 mm>d>2 mm的粗颗粒土，并将筛出的土进行洗盐处理。采取的方法是经5次自来水和5次蒸馏水的洗盐烘干再在室温的条件下添加占总土样质量45%的扰动黄土，土样的基本力学性质见表 2。

制备试样前先拌土，按0%,1%,1.5%,2.0%,3%,5%的含量掺入无水硫酸钠粉末，搅拌均匀。土样拌好后，用塑料袋密封，闷24 h，使土样水分含量充分均匀。将试件放入试槽中，逐渐下降至-20 ℃，开始进行盐冻胀试验。盐胀试验仪器采用中压式固结仪，参考《公路土工试验规程》(T0137—1993)进行。盐渍土的膨胀与土的干密度、硫酸钠的含量和含水量等有关，分别控制土样干密度、硫酸钠含量和含水量，以探究此3种因素对盐渍土膨胀的影响。

水泥稳定砂砾石的无侧限抗压强度随硫酸盐含量的变化规律见图 1，该值随着硫酸盐含量的增加先增大后减小。因水泥掺量少，水泥稳定砂砾石中的黏土矿物会对Ca(OH)₂有一定的吸附能力，故水泥稳定砂砾石中产生的膨胀反应的物质较少。另外硫酸盐浓度较低时，膨胀生成物的量必然也很少，且结晶引起的体积增量也可以均匀分布在水泥稳定砂砾石中，可增强水泥稳定砂砾石的强度。因此，当含盐量在某一数值时，水泥稳定砂砾石的强度会随着含盐量的增加而增加。通过上述试验与分析，得到该含盐量数值为0.3%，即为硫酸盐含量对水泥稳定砂砾石强度影响的阈值。

图 1 无侧限抗压强度与硫酸盐含量的关系 Fig. 1 Relationship between unconfined compressive strength and content of sulfate

图选项

当水泥稳定砂砾石中产生的膨胀物质含量较多时，膨胀力会大于水泥稳定砂砾石自身的黏结强度，从而就会出现由于硫酸盐作用而使水泥稳定砂砾石被破坏的现象(见图 2)。因此，对于水泥稳定砂砾石，要严格限制硫酸盐的含量，防止因硫酸盐的膨胀而导致水泥稳定砂砾石的破坏。

图 2 硫酸盐含量过高引起的基层膨胀破坏 Fig. 2 Base course swelling damage caused by extortionate sulfate content

图选项

水泥稳定砂砾石的无侧限抗压强度随氯盐的变化规律如图 3所示，其变化规律与硫酸盐大致相同，氯盐对水泥稳定砂砾石强度影响的阈值较小，为0.2%。当孔隙水中含有较多Cl^-时，它会与C₃A反应生成水化氯铝酸钙，如式(1)、(2)所示：

图 3 无侧限抗压强度与氯盐的关系 Fig. 3 Relationship between unconfined compressive strength and chloride salt

图选项

点击浏览公式

点击浏览公式

化学反应式(2)会促使化学反应式(1)向右进行，当C₃A足够充足时，这个过程会消耗大量的Ca(OH)₂，从而阻碍了C-S-H和C-A-H的进一步生成。此外，从微观结构来看，水化氯铝酸钙强度较低，它大量包裹在水泥稳定砂砾石颗粒表面，会阻止水泥稳定砂砾石中的黏土矿物与Ca(OH)₂的进一步反应，影响水泥稳定砂砾石的强度，因此，Cl^-含量对水泥稳定砂砾石强度的影响主要是对水泥水化反应产生的水化物作用导致水泥的强度下降而引起水泥稳定砂砾石强度的下降。

从不同盐类对水泥稳定砂砾石强度的影响来看，硫酸盐含量的增大导致其结晶物的膨胀。当其膨胀受到约束时就会产生膨胀力，膨胀力超过水泥稳定砂砾石的强度时导致其破坏，并使结构层出现膨胀，因此，必须严格限制硫酸盐的含量。氯盐含量的增大，影响水泥水化物的产生，形成水化氯铝酸钙，其强度较低，导致水泥稳定砂砾石的强度下降。

在不同干密度条件下，盐渍土最大盐冻胀力随硫酸钠含量的变化如图 4所示。

图 4 最大盐冻胀力与硫酸钠含量的关系 Fig. 4 Relationship between maximum salt frost-heave force and sodium sulfate content

图选项

随着硫酸钠含量的增加，硫酸钠结晶量增大，有更多的硫酸钠结晶充填和膨胀孔隙空间及孔隙接触间，从而导致土体盐冻胀力增大。在硫酸钠含量小于1%时，土盐冻胀力增长量相对较小，这是由于土体孔隙和颗粒接触间吸收部分结晶硫酸钠所造成的。硫酸钠含量大于1%后，土盐冻胀力增长量明显加大。

土干密度1.94 g/cm³ 时不同硫酸钠含量、盐渍土最大盐冻膨胀力随不同含水量的变化如图 5所示。

图 5 最大盐冻膨胀力与不同含水量的关系 Fig. 5 Relationship between maximum salt frost-heave force and different moisture contents

图选项

在相同硫酸钠含量的情况下，随着含水量的增大，盐渍土的盐冻胀力存在一个极值。当土体的含水量较小时，土颗粒的内摩阻力，土颗粒间的引力、黏聚力较大，抑制土体膨胀，使更多的结晶硫酸钠充填孔隙空间，造成土体盐冻胀力随含水量降低而降低。随着含水量的逐渐增大，水在土颗粒间起润滑作用，使土体的内摩阻力、黏聚力减小；另外，随含水量的增加，土粒周围的扩散双电层厚度增加，减弱了土颗粒间的引力，使土颗粒易于产生相对位移，减弱对土体盐冻胀的抑制，从而使土体盐冻胀力增大，而这时土中水分还主要存在于孔隙接触间。

当土中含水量达到最佳含水量时，土体颗粒内摩阻力、土颗粒间的引力、黏聚力较小，而此时土体中溶液又主要处于对盐冻胀起主要作用的颗粒接触间，从而使土体盐冻胀力达到最大，这一点和土的最优含水量击实理论是吻合的。随着含水量的进一步增加，土颗粒周围的扩散双电层厚度增加，同时土中毛细水和自由水增多，使处于孔隙间的硫酸钠含量增大，而直接处于颗粒接触间的硫酸钠含量减少。这样随着温度的降低，硫酸钠析出结晶，对于相同硫酸钠含量的土体，随着含水量的增加，在孔隙间结晶硫酸钠含量增大，而处于颗粒接触间的硫酸钠结晶含量减少。由于孔隙间吸收结晶硫酸钠体积膨胀能力比颗粒接触间吸收结晶硫酸钠体积膨胀能力强，土体随着含水量的增大其盐冻胀力降低。

不同含水量条件下，盐渍土的盐冻膨胀力随硫酸钠含量变化如图 6所示。

图 6 最大盐冻膨胀力与硫酸钠含量的关系 Fig. 6 Relationship between maximum salt frost-heave force and sodium sulfate content

图选项

由图 6可知，随着硫酸钠含量的增加，盐渍土的最大盐冻膨胀力也随之增大。当硫酸钠含量小于1%时，盐渍土的最大盐冻膨胀力增长较为缓慢，这主要是由于土体孔隙和颗粒接触间吸收部分结晶硫酸钠所造成的。随着硫酸钠的增加，盐渍土的最大盐冻膨胀力增大加速，说明颗粒接触间已不能吸收硫酸钠结晶，从而引起土体膨胀的加速。硫酸钠含量再增加，所产生的结晶主要在孔隙间，使土体膨胀增大的速度减缓。

机场水泥混凝土道面板受硫酸盐侵蚀的主要来源是盐渍土中的硫酸盐上升到道面板底部，对水泥混凝土产生侵蚀，建议机场水泥混凝土道面防止硫酸盐侵蚀主要采取以下措施：

(1) 限制土基中的硫酸盐通过毛细作用上升到道面板底部。采取的措施为在土基上设置隔断层，隔断毛细水上升的通道，进而限制盐分的上升。由此可以认为，在道面结构层次中必须要设置隔断层。

(2) 控制垫层和基层中盐的含量。为了防止垫层和基层也通过毛细作用上升到道面板底部，应严格控制垫层和基层材料的含盐量，最好采用非盐渍土作为垫层和基层材料，确保硫酸盐不会上升到道面板的底部。

(3) 因机场水泥混凝土道面板受硫酸盐侵蚀主要来源于道面结构最下层土基中的易溶盐，周围环境和使用条件基本上不会对道面板产生硫酸盐侵蚀，因此不提倡采取提高水泥混凝土本身抗硫酸盐侵蚀能力的方法来解决道面板抗硫酸盐的能力。这样做的结果不仅对道面板抗硫酸盐侵蚀的能力提高很小，而且还会增加成本，不利于提高经济效益。要从道面结构方面着手，彻底杜绝硫酸盐上升到道面板底部的可能性，使道面板免受硫酸盐的侵蚀。

(1) 水泥稳定砂砾石的无侧限抗压强度值随着硫酸盐含量的增加先增大后减小，其阈值为0.3%，硫酸盐含量的增大导致其结晶物的膨胀，必须严格限制硫酸盐的含量。氯盐对水泥稳定砂砾石强度影响的阈值为0.2%，氯盐含量的增大，影响水泥水化物的产生。

(2) 随着土干密度的增大，土体孔隙率降低，盐冻胀力增大。当硫酸钠含量小于1%时，盐冻胀力增长量相对较小；大于1%时，盐冻胀力的增长量明显增大。随着含水量的增大，盐渍土的盐冻胀力先增大后又减小，存在一个极值，且是在当含水量达到最佳含水量时，盐冻胀力达到最大。

(3) 机场水泥混凝土道面防止硫酸盐侵蚀应从道面结构方面着手，彻底杜绝硫酸盐上升到道面板底部的可能性，比如限制土基中的硫酸盐通过毛细作用上升到道面板底部、控制垫层和基层中的盐含量，而不建议采取提高水泥混凝土本身抗硫酸盐侵蚀能力的方法来解决道面板的抗硫酸盐侵蚀的能力。