0 引言

在工程建设中不可避免会遇到性质不良土体，这些土体通常需要进行加固处理以满足工程建设的要求。水泥和石灰是土体固化处理中最常用的胶凝材料，其作为土壤固化剂时，虽然可以显著提高软弱土体的强度和刚度，但其生产过程中存在高能耗、高碳排放等缺点^[1-2]。而无机聚合物型胶凝材料是一种由富含硅铝质前驱体经激活而生成的具有三维网络结构的新型材料^[3]，具有低碳、低能耗且性能优异的特点^[4-5]。随着无机聚合物型胶凝材料作为土壤固化剂研究的深入，部分学者意识到制备方式及养护温度是影响土体力学性质的重要因素^[6-7]。在实际工程中，固化土所处环境与标准养护条件存在较大差异，如外部施工环境温度、固化剂水化放热量等^[8-9]。同时，采用具有一定性能及材料组成的固化剂进行土体固化处置后，不仅要考虑固化剂中各组分自身的水化硬化行为，还要考虑各种组分可能与土颗粒发生的物理、化学反应。固化土体系的固化稳定机理与固化剂的水化硬化机理不完全相同^[8]，因此，不适宜的制备操作会对固化土性能及应用造成影响，有必要研究养护温度及制备方式对性能的影响。

在养护温度方面，何俊^[9]发现当养护温度从35 ℃升至50 ℃，采用碱渣-矿渣-电石渣固化淤泥后强度大幅提升。孙双月^[10]、丁二宝^[11]在80 ℃下对粉煤灰基地质聚合物进行养护，发现大量钠铝硅酸盐(N—A—S—H)形成，若延长养护时间，Ca²⁺会取代部分Na⁺形成钙铝硅酸盐(C—A—S—H)^[12]。Sabrin^[13]将固化土在20，40，60，80 ℃下养护1~3 d后，发现在60 ℃下养护3 d后试件强度为素土的7倍。Nuhammad^[14]发现养护温度为60 ℃时，稳定粉砂强度得到提高，胶凝产物主要有水合硅酸铝钙(C—(A)—S—H)和水合硅酸镁(M—S—H)。Consoli^[15]发现较高的养护温度有利于稻壳灰与碳化石灰间的火山灰反应，增强了固化土强度。刘凤云^[16]发现在―2 ℃和―10 ℃下低温养护28 d后地聚物固化土抗压强度相较于在20 ℃下分别降低了69%和76%。

制备方式方面主要可分为2种：第1种是先将固化剂中粉状材料与土体干拌再加入碱性激发剂溶液进行湿拌混合；第2种为先形成固化剂浆体，再将其与土体拌和形成混合料。在第1种制备方式下，刘倩^[17]将稻壳灰、脱硫灰、钢渣、激发剂制备为复合胶凝材料，按照12%掺量和15%掺量加入到页岩土中进行固化稳定。王矿山^[18]将淤泥干粉、固化剂中混合矿渣粉、偏高岭土、石灰后，再与水玻璃、水共同搅拌，称取混合料按照压实度95%进行制件。柴石玉^[19]、董金梅^[20]、陈刚^[21]将钢渣粉、粉煤灰、水泥与膨胀土、淤泥土干拌均匀，再加碱激发溶液混合闷料后备用。也有部分学者采用第2种制备方式。杨涛^[22]将胶凝材料浆体(水泥、矿粉、粉煤灰和硅粉)和风干土及外加剂(早强剂、减水剂和絮凝剂)拌和均匀后，分别在室温和水下对试件进行养护。陈锐^[23-24]、舒本安^[25]将钢渣、粉煤灰、水泥形成固化剂浆料，王浩^[26]、邵俐^[27]将矿渣、脱硫石膏、电石渣、石灰等制备为固化剂，按照比例加入黄土、软土后研究其在特定路基环境中的适用性。对比2种制备方式，第1种可以保证固化剂中粉状材料与土体有更好的接触，但可能存在碱性激发剂是否能充分激发的问题；第2种可以保证固化剂浆体自身性能得到很好的发挥，但与土体拌和时容易出现干-湿拌和不均匀的问题。

综上，不同制备方式和养护温度会对固化土性能产生影响。研究发现，无机聚合物型固化剂具有良好的固土效果，但制备方式及养护温度对固化土性能的影响情况还不明确^[28]。因此，本研究以低碳无机聚合物型固化土(以下简称“固化土”)为研究对象，结合抗压强度试验、水稳定性试验、X射线衍射试验(XRD)、电镜扫描测试(SEM)、红外光谱试验(FTIR)和同步热分析试验(TG-DTG)，研究不同制备方式、养护温度下固化土的性能水平及微观结构。

1 试验方案 1.1 试验材料 1.1.1 固化剂原材料

所用低碳无机聚合物型固化剂(以下简称“固化剂”)由粉煤灰、粒化高炉矿渣粉(GBFS)及碱激发剂组成^[28]，其中粉煤灰与GBFS掺量比为40:60，碱激发剂包括水玻璃、氢氧化钠、氢氧化铝，其中水玻璃模数为1.8。材料的物理性质及成分如表 1和表 2所示。粉煤灰中SiO₂和Al₂O₃含量较高，分别为52.26%和33.25%，粒径范围为0.5~30.0 μm。GBFS中CaO，SiO_2，Al₂O₃含量较高，分别为41.81%，28.94%，15.93%，粒径范围为1~50 μm。水玻璃模数为2.23，化学成分为14.0% Na₂O，29.5% SiO₂，56.5% H₂O。氢氧化铝和99%纯度氢氧化钠用于调整碱激化剂模量。

1.1.2 试验土样

试验土样取自四川省绵阳市，取样深度为5 m，土样呈硬塑状态，为低液限粉质黏土，主要性质如表 3所示。土体经过烘干、破碎、筛分后使用，粒径不大于2.0 mm。利用XRD和XRF测得土样中主要有石英、方解石及部分不定型矿物成分。

1.2 试验设计及试件制作

试验设计2种固化土制备方式：先干料拌和再加溶液混合湿拌方式(G1)、先形成固化剂浆体再与土料混合搅拌方式(G2)。设定20，40，80，120 ℃这4种养护温度，具体试验设计如表 4所示。试件养护时间以7 d抗压强度养护时间为标准，养护方式为先在设定温度下养护1 d，再在标准温度20~25 ℃下养护6 d。

G1方式为先干料拌和再加溶液混合湿拌。先称取土、粉煤灰和矿渣粉进行干料拌和。接着，混合NaOH、Al (OH)₃、水玻璃得到碱激发剂，加水量通过前期击实试验得到的最佳含水率确定。最后，用喷壶将水均匀喷洒在混合料中，拌和5~10 min后制样备用。G2方式为先形成固化剂浆体再与土料混合搅拌，先将水玻璃与NaOH、Al (OH)₃采用磁力搅拌器均匀混合，再加入已混合均匀的粉煤灰和矿渣粉，搅拌1~2 min后形成固化剂浆体。接着，将固化剂浆体连续均匀地掺入土样中，一边搅拌一边加水，用水量依据前期击实试验得到的最佳含水率确定，混合后搅拌5~10 min后备用。

混合料用于试件制作时，分3次填充到内径为100 mm、高度为100 mm的圆柱形试模中，每次填充后先手动锤实，再用刮刀凿毛后填入下一层，直至圆柱形试模填满压实。手动压实后采用压力机通过静压法压实，保证试件整体压实度，脱模后试件放入养护箱中养护。

1.3 测试方法

抗压强度、水稳定性试验参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG3441—2024)。抗压强度试验采用WHY-200型微机控制电子万能试验机，加载速率为0.8~1.0 mm/min。荷载下降至峰值荷载的85%左右视为试件破坏，停止加载。每组试件强度值以3个平行试件强度平均值作为实测值。水稳定性试验每组设置3个平行试件，进行6 d标准养护和1 d泡水养护后，测定固化土的外观和含水率变化，并进行饱水抗压强度试验。

将试件破碎成块状，取试件内部10 mm×10 mm×10 mm试件，采用蔡司场发射扫描电子显微镜进行SEM分析。将块状物磨成粉末，并用0.075 mm方孔筛过，进行XRD，TG-DTG，FTIR分析。XRD测试采用X’ Pert PRO型X射线衍射仪，靶为Cu，管电压为40 kV，管电流为40 mA，扫描速度为10(°)/min。TG-DTG测试采用SDT Q600型同步热分析仪，升温速度为10 ℃/min，N₂气氛，温度范围为50~1 000 ℃。FTIR测试使用Spectrum One型红外光谱仪，波数范围为400~4 000 cm^―1。

2 结果与讨论 2.1 抗压强度性能研究 2.1.1 破坏形态

同组试件在抗压强度试验中破坏模式相似。在加载初期，试件处于弹性阶段。随着荷载增加，微裂纹出现并逐渐扩展形成斜向、竖向裂缝。达到极限荷载后，试件承载力迅速下降，试件破坏。在G1方式下，试件SST1和试件SST3破坏后有明显的剪切带形成，表现为剪切破坏，裂缝长度为60~100 mm，宽度为2~4 mm。试件SST5剪切带减少，出现张裂裂纹，破坏特征介于塑性剪切破坏和脆性张裂破坏，裂缝长度为60~80 mm，宽度为1~3 mm。试件SST7表现出脆性张裂破坏特征，剪切带不明显，主裂缝沿试件轴向发展直至贯通，裂缝长度约为100 mm，宽度为2~4 mm。在G2方式下，试件SST2，SST4，SST6表现出剪切破坏特征，在荷载作用下有明显的剪切带形成，破坏后裂缝长度为80~120 mm，宽度为2~4 mm。试件SST8剪切带减少，出现张裂裂纹，破坏特征介于塑性剪切破坏和脆性张裂破坏，裂缝长度为100~120 mm，宽度为2~4 mm，右侧土块有脱落趋势。

2.1.2 抗压强度

8组固化土试件的抗压强度、峰值荷载、破坏应变和变形模量如图 1所示。G1方式下试件SST7强度较高，达到4.7 MPa，比试件SST1，SST3，SST5分别高出3.1，3.1，1.1 MPa。G2方式下试件SST8强度较高，达到8.0 MPa，比试件SST2，SST4，SST6分别提高了6.9，5.9，2.7 MPa。这表明养护温度对固化土抗压强度有显著影响，养护温度影响了固化剂中材料的聚合反应速率和反应产物总量。随着养护温度增加，材料聚合速率升高，反应产物总量增加，与土体胶结作用效果提升，因此显著提高了固化土试件抗压强度。

分析同一温度下不同制备方式对固化土性能影响，由图 1(a)可知，在20 ℃时，G1方式下固化土试件抗压强度比G2方式高了0.5 MPa。在40~120 ℃时，G2方式下试件抗压强度比G1方式分别高出0.5，1.7，3.3 MPa。分析其原因，G2方式中固化剂浆体与土体混合后，一部分直接对土体进行包裹、覆盖、连接，还有一部分未与土体充分接触，浆体还保持团聚状态，由于固化剂本身具有较高强度，与土体拌和后，可以共同抵抗外来荷载作用。

2.1.3 荷载-位移曲线

固化土试件的荷载-位移曲线总体上可分为3个阶段。

(1) 初始加载阶段，荷载水平较低，荷载随位移近似呈线性增长，属于弹性变形阶段。通过变形模量E₅₀来反映土体抵抗弹塑性变形的能力，E₅₀是指峰值应力的50%所对应的割线模量，也称变形系数^[29]，计算如式(1)所示。

$ \begin{equation*} E_{50}=2 \sigma_{1 / 2} / \varepsilon_{\mathrm{f}}, \end{equation*} $

(1)

式中，$\sigma_{1 / 2}$为破坏应变达到50%时所对应的轴向应变；$\varepsilon_{\mathrm{f}}$为破坏应变。

(2) 非线性增长阶段，荷载随位移逐渐增大，斜率逐渐减小，当荷载达到峰值时，为试件的峰值荷载。取峰值应力对应的应变为试件的破坏应变^[30]，用来表征固化土变形特性和破坏特性。

(3) 破坏后阶段，荷载随位移增加而逐渐减小，为试件破坏后抵抗外力的残余变形阶段。各组固化土试件的变形模量、峰值荷载和破坏应变如图 1(b)，(c)，(d)所示，荷载-位移曲线如图 2所示。

在同一温度下对比不同工艺下固化土试件曲线的变化情况。在20 ℃时G1方式下试件前期曲线更陡，斜率更大，即刚度更大。养护温度从40 ℃提升至120 ℃，G2方式下试件比G1方式前期曲线斜率大，变形模量提升了48.09~116.62 MPa。进入非线性阶段后，结构内部裂纹发展，试件峰值荷载增大，荷载-位移曲线呈现软化型，试件呈脆性破坏。G2方式下试件的峰值荷载较G1方式高出了3.98~26.01 kN。破坏后阶段，G2方式下试件较G1方式组曲线陡降更明显，这表明G2方式下试件较G1方式脆性更强。

在同一工艺下对比不同温度下固化土试件的曲线变化情况。在前期弹性阶段，随着温度由20 ℃升至120 ℃，曲线刚度逐渐增大，G1方式下试件变形模量提升了24.48~53.86 MPa，G2方式下试件变形模量提升了12.64~122.38 MPa。变形模量E₅₀与抗压强度q_u的变化关系如图 3所示。由图可知随着抗压强度增大，变形模量呈增大趋势，且在一定线性范围内，二者关系在E₅₀=36.7q_u~76.2q_u范围内变化。在G1方式下，E₅₀=40.3q_u~71.8q_u；在G2方式下，E₅₀=36.7q_u~76.2q_u。进入非线性阶段后，结构内部裂纹发展，试件峰值荷载增大，G1方式下试件峰值荷载提升了0.11~15.44 kN，G2方式下试件峰值荷载提升了8.27~24.89 kN。试件达峰值后，试件承载能力降低，荷载-位移曲线呈现软化型，试件呈脆性破坏。养护温度由40 ℃升至120 ℃，固化剂中凝胶产物在土体中三维随机分布，与土颗粒、产物之间共同构建起骨架，试件破坏后阶段曲线陡降越明显，这表明试件脆性增加。

2.2 水稳定性能研究

8组固化土试件泡水1 d后的形态特征、吸水率、饱水抗压强度和水稳系数如表 5所示。试件SST1，SST5，SST7，SST8泡水后仍较完整，泡水后强度损失了0.5~3.7 MPa，水稳系数为54%~70%，吸水率为3.4%~9.9%。对比同一制备方式下养护温度对试件水稳定性的影响，在20 ℃时，试件SST1泡水后整体性较好，试件SST2表层土体出现松散脱落。在40 ℃和80 ℃时，试件SST3~SST6泡水后均出现不同程度松散。在120 ℃时，试件SST7和试件SST8泡水后上下表面出现小土块脱落。分析其原因，泡水后试件先进入吸水阶段，内部孔隙中气体溢出，孔隙逐渐被水充盈，由于同时受土体片层状硅酸盐结构和颗粒间胶结力的影响，大量土体以散体形式逐渐脱落。接着进入裂隙发展阶段，土体继续吸水膨胀，产生不均匀应力后形成裂缝，表面侧面起皮并出现不均匀厚度。最后土体孔隙被水完全充盈，出现坍落和崩解。同时，结合XRD测试中物相分析可知，高温环境下固化剂中材料聚合反应加快，更多沸石相产物生成，但凝胶类反应产物减少，产物与土颗粒间接触胶结力变弱，泡水后水压力对反应产物与土颗粒间胶结力进行冲击和削弱，进而试件出现坍落和崩解现象。

对比同一温度下不同制备方式对试件水稳定性的影响。从20 ℃升至80 ℃，对比试件SST6与SST5, SST4与SST3, SST2与SST1，可知G2方式下试件比G1方式下的松散程度大。在120 ℃时，试件SST7和试件SST8上有小土块脱落，G2方式下试件SST8泡水后强度损失值较G1方式下试件SST7高出2.3 MPa，水稳系数降低0.26。在G1方式下，固化剂中粉状材料先与土颗粒充分接触，当一定量碱激发溶液加入，均匀搅拌后能保证充分作用到硅铝质粉料和土颗粒上，通过聚合反应形成铝硅酸盐产物，产物能较直接和有效地包裹和覆盖在土颗粒上。另外一部分未被激发的硅铝质粉料，发挥粒径优势可以起到填隙作用。当泡水后，水进入试件内部空隙，少量未被胶结的土颗粒会被冲刷而散落，但大部分土体都被较好地紧密连接，整体性表现较好。而在G2方式下，由于固化剂浆体先形成后固化土体，充分搅拌后可能仍存在部分浆体与土料拌和不均匀，存在固化剂浆体与土颗粒连接界面薄弱的情况。因此，当试件置于水中后，水压力作用下内部土颗粒间团聚力较弱，容易受到冲击出现散落，固化剂中反应产物对土体的胶结作用也受到冲击。因此，部分小土块以散体的形式脱落，也有部分试件遭到冲刷后崩散程度较大。

2.3 影响程度相关性分析

为进一步了解制备方式与养护温度对固化土强度及水稳定性的具体影响程度，开展制备方式、养护温度与抗压强度、饱水抗压强度、吸水率、水稳系数间的相关性分析。进行相关性分析前，先进行制备方式和养护温度对各参数变化的方差分析，参数检验及方差分析的显著性水平p如图 4所示。p < 0.05或p < 0.01时，结合非参数检验和方差分析得到养护温度变化对于吸水率、抗压强度、饱水抗压强度、水稳系数均呈现出显著性影响；结合Welch ANOVA检验及方差分析，得到制备方式变化对吸水率、水稳系数呈现出显著性影响。

养护温度和制备方式与各参数的相关系数热图如图 5所示。图 5(a)中养护温度与抗压强度、饱水抗压强度、水稳系数的相关系数分别为0.900，0.818，0.486，这表明养护温度对抗压强度和水稳定性能均会产生影响，对抗压强度的影响程度较大，饱水抗压强度和水稳系数次之，均呈正相关。图 5(b)表明制备方式对水稳定性能影响较大，与水稳系数的相关系数为― 0.565，对吸水率影响程度次之，相关系数为0.505。

2.4 固化土微观结构分析 2.4.1 红外光谱分析

8组固化土试件的红外光谱如图 6所示^[1]。与水有关的O—H振动峰波段为3 432.82~3 458.73 cm^―1和1 631.12~1 636.30 cm^―1。由于水是扩散的，波段特征峰表明存在不良结晶相或约束水，也证实了水合铝硅酸盐的存在。CO₃特征峰主要位于1 384.45~1 424.23 cm^―1处，这表明部分试样在空气中已经碳化。最重要的波段是与Si—O—Si键和Si—O—Al键有关的850~1 300 cm^―1波段，为铝硅酸盐结构的典型吸收带。固化土试件在850~1 300 cm^―1波段的特征峰范围为1 029.13~1 031.98 cm^―1，这表明主要有Q²和Q³这2种低聚态铝硅酸盐形态^[31]。矿物料中玻璃体及素土中石英中Si—O和Al—O键断裂生成[SiO₄]四面体和[AlO₄]^―四面体，低聚体缩合后形成聚合结构，聚合体与土体相互包裹，填充土颗粒。

在G1方式下，从20 ℃到120 ℃，试件SST1，SST3，SST5，SST7在850~1 300 cm^―1波段范围内特征峰为1 031.98~1 030.98 cm^―1，G2方式下试件SST2，SST4，SST6，SST8在该波段中特征峰为1 031.87~1 029.13 cm^―1，这表明随着养护温度升高，振动峰向低波数移动。由于Al—O键较弱，键能小于Si—O键，Si—O—T键振动峰向较低特征峰波数移动，这表明Si⁴⁺逐渐被Al³⁺取代，Si—O—Al键结构增多，表明富铝硅酸盐产物的生成量增多，反应产物与土颗粒形成更紧密整体，从而提高了试件的强度。

对比同一温度下不同制备方式下试件在850~1 300 cm^―1范围中波峰变化，SST1与SST2，SST3与SST4在该波段变化不大，SST6较SST5，SST8较SST7均表现为Si—O—T非对称伸缩峰波数降低，波峰位置右移。Si—O—T(T为Si或Al)非对称伸缩峰向低波数偏移时，表示Si—O—T键的能量降低，键角减小，振动频率降低。由于Si—O键长小于Al—O键，键能大于Al—O，因此当特征峰向低波数偏移时，意味着Si—O—Al键数量增多，反应产物增加，固化土内部形成了更致密的结构，整体性提高。

2.4.2 XRD分析

8组固化土试件主要包含N—A—S—H凝胶、沸石、石英、白云母、少量铝镁氢钙矾等矿物相，XRD图谱如图 7所示。固化剂用于土体固化后，土体内部石英等惰性晶体可能未参与反应，更多为固化剂中活性硅铝质原料发生溶解再聚合反应生成铝硅酸盐产物，产物连接土颗粒，填充土颗粒孔隙，附着包裹在土颗粒表面，提高了固化土密实度，从而增加了试件的抗压强度。

分析固化土试件内部矿物相变化，在碱激发剂作用下，粉煤灰、矿渣粉中SiO₂和Al₂O₃中Si—O键和Al—O键断裂，大量SiO₃^2-和AlO₂^―溶出，离子团SiO₃^2-和AlO₂^―以共享氧原子的方式形成低聚态铝硅酸盐^[32]。同时吸收体系中金属阳离子(K⁺，Na⁺，Ca²⁺，Mg²⁺)以平衡凝胶体系负电荷，进一步缩合形成N—A—S—H凝胶、沸石、铝镁氢钙矾等。沸石相产物具有吸附性强、热稳定好、强度高等特点，也可以将体系中毛细孔游离的金属阳离子吸附固化^[33]。其中，N—A—S—H凝胶结晶峰在SST1和SST2出现，随着温度升高，沸石相结晶峰更显著。较高养护温度下沸石产物虽然具有高强度等特点，但胶结能力较弱于凝胶类产物，因此在水稳定性试验中，试件泡水后水压力对产物与土颗粒间连接胶结力进行冲击，试件易出现不同程度的松散。N—A—S—H凝胶、沸石等铝硅酸盐产物填充、连接土颗粒，提高了土体密实度，固化土整体性提高，从而起到固化土性能增强作用。

2.4.3 同步热分析

对8组固化土试件进行同步热分析，TG曲线、DTG曲线和失重率如图 8和图 9所示。由图 8可知，TG曲线出现4处明显变化，DTG曲线出现4处明显峰值。整个温度区间可分为4段，分别为50~200 ℃，200~400 ℃，400~600 ℃，600~1 000 ℃。第1个失重峰出现在50~200 ℃，主要归因于固化土内自由水及铝硅酸盐产物中吸附水蒸发脱水。第2个峰值出现在200~400 ℃，主要是由于温度升高致使铝硅酸盐产物中结合水失重。第3个失重峰出现在400~600 ℃，为Ca (OH)₂脱水分解吸热峰。第4个失重峰出现在600~1 000 ℃，归因于碳酸盐(如CaCO₃)高温分解及凝胶完全脱羟基，碳酸盐的产生是由于部分试件在养护过程中出现碳化。

在200~400 ℃范围内，试件失重主要为铝硅酸盐产物等结合水脱水，G1方式下试件的失重率高于G2方式。在400~600 ℃范围内由于Ca (OH)₂脱水失重，造成试件失重，整体表现为G1方式下试件的失重率低于G2方式，这表明Ca (OH)₂分解数量减少，而其他铝硅酸盐产物的生成量增加。G1方式下固化剂中反应产物对土体的胶结效果更优。

对比同一工艺不同温度下试件在200~400 ℃波动峰位置，G1方式下在养护温度提升后，试件中铝硅酸盐产物中结合水失重率变化不大。G2方式下养护温度从40 ℃到120 ℃，试件中铝硅酸盐产物中结合水失重率增加，这表明固化剂中铝硅酸盐产物量有所提高，宏观也表现为固化土强度提高。这表明升高温度促进了固化剂内部材料发生聚合反应，加速产物生成，更进一步促进反应产物与土体的胶结作用，宏观强度性能提升。

2.4.4 SEM分析

对8组固化土试件进行SEM试验，观察制备方式和养护温度对试件内部微观结构变化的影响规律，如图 10所示。SST1试件中可观察到层状土颗粒、球状粉煤灰颗粒和网状凝胶产物，土颗粒间的连接方式以“点-面”接触与“边-面”接触为主，网状铝硅酸盐产物位于土颗粒之间，仍能观察到部分孔隙。SST2试件中连片网状铝硅酸盐产物覆盖于土颗粒表面，将土颗粒包裹，土颗粒与产物相互胶结，内部能观察到孔隙。SST3试件中网状铝硅酸盐产物位于层状土颗粒中间，连接左右两侧土颗粒，胶结作用显著。SST4试件内部致密度进一步提高，网状铝硅酸盐产物与土颗粒胶结现象更显著。SST5试件中铝硅酸盐产物位于层状土颗粒中间，固化剂原料中硅铝氧化物被溶解，产物与土颗粒之间连接界面较清晰，这表明产物对土颗粒的胶结作用显著。SST6试件中能观测到覆盖在土颗粒表面的铝硅酸盐产物，以及部分粒径较小的原材料颗粒，可能与G2方式中固化剂浆体先形成有关。SST7试件中针棒状、网状产物覆盖于土颗粒表面，产物相互缠绕形成致密的聚集体，在微观结构中起骨架作用，整体致密度提高。SST8中铝硅酸盐产物对土颗粒的覆盖作用较明显，被产物覆盖的土颗粒与片状土颗粒相互交错。

结合以上分析及已有研究可知^{[16, 19, 28]}，固化土性能水平主要取决于固化剂中铝硅酸盐产物量及产物对土体胶结作用力。固化剂固土过程依赖于材料地质聚合反应，这一过程通常以水作为介质并发生化学反应，产物能够有效地填充土颗粒间的孔隙。随着反应的进行，形成能够增强土颗粒间联结能力的硅铝网格结构，凝胶产物不断增多，从而增强与土体胶结作用，提高固化土的强度和密实度。固化土体系内微观变化过程主要包括活性硅铝质溶解和扩散、低聚态铝硅酸盐缩聚、铝硅酸盐产物胶结土体并充填孔隙。

3 结论

在40~120 ℃下养护1 d后，先形成固化剂浆体再与土料拌和(G2方式)的固化土强度比先干料拌和再溶液混合湿拌(G1方式)下提高了0.5~3.3 MPa；但在20~80 ℃时，G2方式下固化土试件出现不同程度松散，120 ℃下固化土强度损失值较G1方式提高了2.3 MPa，水稳系数降低了0.26。由于先形成固化剂浆体再与土料拌和，混合料易结团、结块，存在连接薄弱界面，土颗粒间团聚力、固化剂反应产物对土颗粒的胶结力在水压力下更易受到冲击。

120 ℃后，G1方式和G2方式下固化土强度分别达到4.7 MPa和8.0 MPa，较20~80 ℃分别高出了1.1~3.1 MPa和2.7~6.9 MPa。提高养护温度后，固化剂中材料聚合反应速率加快，铝硅酸盐产物增多，对土体的胶结作用增多，因此强度提升显著。然而养护温度为40~120 ℃时，固化土水稳定性逐渐减低，高温环境下固化剂中沸石相反应产物虽然具有高强度等特点，但胶结能力较弱于凝胶类产物，因此泡水后水压力对连接胶结力进行冲击而崩解。

相关性分析表明温度对固化土的抗压强度及水稳定性均有显著影响，制备方式对水稳定性有显著影响。固化土中主要存在石英、N—A—S—H凝胶、沸石、铁云母和铝镁氢钙矾等矿物相，内部反应机制包括活性硅铝质溶解和扩散、低聚态铝硅酸盐缩聚、产物胶结土体并填充孔隙。在G1方式下，固化土体系内形成的网状铝硅酸盐产物，可填充土颗粒间孔隙并连接片层状土颗粒，固化土整体性提高，综合性能表现更佳。