第45卷第1期2023年2月Vol.45，No.1Feb.，2023冰川冻土JOURNALOFGLACIOLOGYANDGEOCRYOLOGY微胶囊相变材料改良粉质黏土的冻胀特性研究饶有致1，2，刘建坤1，常丹1（1.中山大学土木工程学院，广东广州510275；2.广州市城投发展控股有限公司，广东广州510030）摘要：微胶囊相变材料（microencapsulatedphasechangematerial，mPCM）具有出色的储热能力，可以减轻季节冻土在冻结和融化过程中的温度波动。使用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和热分析等研究手段，全面评估2种分别以硬脂酸丁酯和石蜡为芯材，SiO2为壳材的mPCM（B-PCM，P-PCM）的物化表征，再以兰州地区粉质黏土为研究对象，通过冻融过程和冻胀试验研究4%、8%、10%掺量的mPCM对粉质黏土冻胀特性的影响。试验结果表明：mPCM在相变过程中释放的潜热为土体提供了保温效果，10%添加量的mPCM复合土试样从10℃下降至-10℃所需的时间较于素土试样延长约70%。土体的冻胀变形、冻结深度和含水率变化率随mPCM掺量的提高而降低；B-PCM和P-PCM核壳比的差异导致其冻胀后的水分迁移幅度表现出不同的趋势。总体而言，mPCM对土体的正面影响表现为提升保温性能、抑制冻胀变形等，但其添加量超多8%后会引起土体浅表层的冻胀加剧，这与SiO2壳材的吸水性有关。关键词：微胶囊相变材料；冻融过程；冻胀；水分迁移中图分类号：P642.14；TB34文献标志码：A文章编号：1000-0240（2023）01-0186-150引言冻土按照冻结持续时间可分为短时冻土、季节冻土和多年冻土［1］。在季节冻土区，入冬时节，土体表面温度随着气温的下降而降低，当温度降到0℃以下时，表层土颗粒间的孔隙水开始冻结，并在冻结锋面附近形成冰晶体。随着气温的进一步下降，土壤冻结锋面会迅速下移，且土颗粒间的毛细作用所产生的水势梯度致使孔隙水逐步向冻结锋面移动，加剧了冻胀病害的发展［2］。土的冻胀影响因素分析结果表明，冻胀的三要素是土质、水分和温度条件［3-5］。目前，国内外学者针对路基土的冻胀防治措施进行了相关研究。胡田飞［6］认为季节冻土区路基冻胀的防治措施主要集中在土质改良、水分控制和被动保温等方面。其中，水泥、石灰和粉煤灰等稳定剂长期以来被用作降低土壤冻胀敏感性的优势材料。然而，随着时间的推移其有效性会逐渐降低。Guthrie等［7］通过研究改良粉土的冻融性能指出，添加过少的水泥可能加剧土体的冻害敏感性，添加过多的水泥则会引起基体的收缩开裂。Batten等［8］和Johnson［9］指出粉煤...
