火星含硫酸盐区域和河床岩石 / NASA好奇号火星探测器摄于2022 年 6 月 22 日 /来源: mars.nasa.gov
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研究亮点
● 碱活性水泥（AACs）作为一种新型土壤稳定剂的研究进展，具有更高的环保性和性能，可以作为传统稳定剂的替代品。
● AACs已经显示出作为稳定剂的有效性，但其表现可能会受到多种因素的影响，需要进一步研究以充分了解不同因素如何影响AACs作为土壤稳定剂的表现。
● 未来可以探索如何使用废弃物料作为前驱材料或碱性活化剂等策略来减少AAC生产对环境造成的影响，并进一步研究不同因素如何影响AACs作为土壤稳定剂的表现。
摘要：在传统的钙基稳定剂中，水泥不被推荐用以加固含硫酸盐土壤，因为水中钙和硫酸盐之间的反应可能导致土壤隆起。因此，需要寻找其他替代方法。
针对土壤稳定和含硫酸盐土壤的研究还很少的现状，本文提出了一种创新的碱活性水泥（alkali activated cements, AACs），填补这一空白。本研究采用粉煤灰矿渣为前驱体，商业石灰、废纸浆灰（PSA）、氢氧化钾（KOH）和碳酸钾（K2CO3）为碱性激发剂，处理人造含硫酸盐粘土。分别在7天和28天固化的AAC处理粘土试件，在水中浸泡45天后，测量其一维膨胀、无约束抗压强度（UCS）、pH值和超声波脉冲速度（UPV），并与未暴露于水的试件进行比较。材料表征（扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FTIR））用于证明水泥化和检测膨胀石膏。
在AAC系统中，CaO/Ca(OH)2不会导致试件隆起和损坏，且发展出最高强度。钾基激发剂的表现较差，但随着时间的推移，PSA–K2CO3的组合可以增加强度。总体而言，AACs比仅使用石灰或石灰和外加剂的强度更大，展示出作为含硫酸盐土壤稳定剂的潜力。
图. (a) 在 Mavroulidou 等人测试的混合物中形成的一层晶体的指示性照片。(2021a)。(b) AAC 混合物中没有可见的晶体层。
要点问答
█ 什么是碱活性水泥，它们与传统的稳定剂有何不同？
█ 碱活性水泥在稳定含硫土壤方面的效果如何？哪些因素会影响其表现？
█ 使用碱活性水泥进行土壤稳定是否存在潜在的缺点或限制？如何解决这些问题？
█ 这篇文章中国同行有何启示？
原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。
原文链接：https://doi.org/10.1144/qjegh2022-057
延伸阅读
碱活性水泥（Alkali Activated Cement，简称AAC）
硫酸盐土壤（sulfate-bearing soils）
由116张图像拼接而成的这张照片是NASA好奇号火星探测器拍摄的，展示了它在2020年夏天将采取的路径，前往3英里（5公里）高的夏普山（Mount Sharp）上的“含硫酸盐单元”，这是它将调查的下一个地层。好奇号需要绕过一个大型沙质区域，以便到达一个可以攀登到富含硫酸盐区域的地方。山的上部在图片顶部隐约可见。这些图像是由探测器的桅杆摄像机（Mast Camera，简称Mastcam）于2020年1月10日（任务的第2641个火星日，或称sol）拍摄的。 来源：mars.nasa.gov
硫酸盐土壤是一种含有可溶性硫酸盐矿物的土壤。这类土壤通常在干旱和半干旱地区，以及受到人类活动影响的区域（如工业废水排放、农田灌溉等）中较为常见。硫酸盐土壤中的硫酸盐矿物主要包括硫酸钙、硫酸镁、硫酸钠等。当这些矿物与水反应时，会释放出硫酸根离子，导致土壤酸化、土壤结构破坏以及土壤肥力下降等问题。
硫酸盐土壤对基础设施和土木工程具有一定的危害性，主要表现在以下几个方面：
膨胀性：硫酸盐土壤在吸水后，土壤中的硫酸盐矿物会发生水合膨胀，导致土体体积增大，引起地基不稳定和建筑结构变形。
腐蚀性：硫酸盐土壤中的硫酸根离子与混凝土中的钙离子反应生成硫酸钙，进一步形成可膨胀的硫酸钙水合物，导致混凝土结构破坏。此外，硫酸根离子还会对金属构件产生腐蚀作用。
降低土壤肥力：硫酸盐土壤中的硫酸根离子会与土壤中的钙、镁等阳离子结合，形成难溶性盐类，导致土壤结构紧密、通透性差，影响植物生长。
针对硫酸盐土壤的问题，可以采取以下措施进行治理和改良：
土壤改良：通过掺入石灰、水泥等物质，提高土壤的抗膨胀能力和抗腐蚀性能。
防护措施：在基础设施和土木工程中采用防水、防腐材料，减轻硫酸盐土壤对结构的危害。
选址调整：尽量避免在硫酸盐土壤分布区域进行大型建设项目，以减少工程风险。
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