國內(nèi)水泥土研究現(xiàn)狀綜述

孟樂樂 姜毓愷 李鑫 付宇 馬濤

摘要：水泥土是邊坡加固、地基改良、截水防滲、基坑支護(hù)和注漿等工程中的重要材料，改善水泥土的性質(zhì)、提高水泥土的強(qiáng)度能有效提高工程效率，降低施工成本與增強(qiáng)工程實際效果。本文通過對近年來國內(nèi)的水泥土強(qiáng)度研究的文獻(xiàn)的綜合分析，探討各因素對水泥土強(qiáng)度的影響程度和常用的或是新型的具體試驗方法，總結(jié)出國內(nèi)水泥土強(qiáng)度試驗的研究現(xiàn)狀，期望能為國內(nèi)后續(xù)的水泥土研究試驗提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：水泥土；水泥土強(qiáng)度；水泥土研究現(xiàn)狀

1引言

水泥土是以土料為主要骨料，以硅酸鹽水泥為膠凝材料、以水為反應(yīng)媒介，三者按一定配比經(jīng)拌合、壓實和養(yǎng)護(hù)后得到的具備一定強(qiáng)度與穩(wěn)定性的混合物。

水泥土的原料來源廣，價格較經(jīng)濟(jì)，凝結(jié)硬化慢，抗腐蝕性強(qiáng)，抗彎與抗剪性能相對較弱，國內(nèi)研究者通過改善固化劑、改變土樣狀態(tài)、調(diào)整水泥土齡期等多種方式改進(jìn)水泥土材料的抗壓強(qiáng)度，提高水泥土材料性能。

由于上述特性，水泥土在邊坡加固、地基改良、截水防滲、基坑支護(hù)和注漿等工程中均發(fā)揮了重要作用。其中用于處理軟土地基的水泥土攪拌樁，以水泥為固化劑，攪拌樁機(jī)將水泥漿噴射后高速攪拌，使軟土硬化從而提高地基承載力，它兼具水泥摻量可調(diào)，布樁形式靈活多樣，工期短以及造價低等多重優(yōu)點。近幾年水泥土攪拌樁的施工工藝在傳統(tǒng)工法基礎(chǔ)上存在較大發(fā)展，通過提高水泥土性能改善水泥土強(qiáng)度的有關(guān)研究也日益豐富。

本文主要以水泥土為研究對象，分析水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響因素，涵蓋水泥摻量、養(yǎng)護(hù)齡期、土樣狀態(tài)、固化劑種類及含量等對水泥土強(qiáng)度影響的研究內(nèi)容，綜合論述近年來國內(nèi)的相關(guān)研究，分析探討各因素影響程度和具體試驗方法，以期為國內(nèi)后續(xù)的水泥土強(qiáng)度研究提供理論支持。

2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2.1國內(nèi)研究概況

對于水泥土抗壓強(qiáng)度的試驗研究，國內(nèi)研究人員己做出大量努力和嘗試，根據(jù)相關(guān)資料，簡要論述并分析目前進(jìn)行過的有關(guān)試驗。

楊愛武等（2007）采用天津濱海新區(qū)海積軟土，進(jìn)行原狀土的室內(nèi)試驗，探究水泥摻量、NaOH外加劑對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的作用；

阮錦樓等（2009）采用現(xiàn)場取樣進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗，探究水泥摻量以及齡期對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響；

張鵬遠(yuǎn)等（2014）采用河套平原的普通粉質(zhì)粘土，探究含砂量及陰性聚丙烯酰胺對纖維水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響；

姚賢華等（2016）采用新鄭市南水北調(diào)工程某地基處砂質(zhì)粉土進(jìn)行室內(nèi)試驗，探究水泥摻量、齡期、水泥品種及養(yǎng)護(hù)條件對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響；

2.2國內(nèi)研究方法

影響水泥土強(qiáng)度的因素眾多，其中主要因素包括水泥摻量、水泥性質(zhì)、齡期、土質(zhì)、養(yǎng)護(hù)條件、初始含水率和密實度等。目前對這些因素的分析研究都比較全面，做出很多有價值的研究成果。

國內(nèi)外眾多研究學(xué)者對水泥土的變形性能和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了大量的實驗研究。

楊愛武等通過不同養(yǎng)護(hù)條件下NaOH含量的改變，對天津地區(qū)海積軟土強(qiáng)度提高進(jìn)行試驗研究。研究發(fā)現(xiàn)，同齡期試驗前養(yǎng)護(hù)時浸水的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比不浸水的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度低，且隨著時間的增長，試驗前浸水的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增加趨勢大，而試驗前不浸水的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增加趨勢小，當(dāng)水泥含量超過18%以后，強(qiáng)度增加趨勢不明顯。NaOH是水泥土外加劑的一種理想的選擇，試驗表明，其摻量不宜超過1%，最佳在0.5%～0.8%之間，且堿性條件下，有助于提高水泥土強(qiáng)度。

阮錦樓[2]通過向碾碎的土樣中加入不同質(zhì)量的水泥，按土樣與水泥總質(zhì)量的30%）Jll水，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)不同齡期后，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，得出水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入比和養(yǎng)護(hù)齡期的增加而增大，且增大速率隨齡期的增加而逐漸減小，隨著水泥摻入比的增加而增大。隨著水泥摻入比的增加，

水泥土的破壞模式逐漸由塑性破壞變?yōu)榇嘈云茐?。通過回歸分析，建立了水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻入比及齡期的回歸方程。

陶高粱通過核磁共振技術(shù)研究水泥摻量對水泥土的孔隙分布特性影響，不同水泥摻量水泥土橫向弛豫時間T2分布曲線基本呈現(xiàn)三峰分布的形式，包括一個主峰兩個次峰，分別代表小孔中孔和大孔，且各峰值位置幾近一致，三峰的峰面積均隨水泥摻量的增加而減小。水泥摻量較低時（小于12%），水泥摻量的增加主要致使第2峰及第3峰T2分布曲線往下移動，說明此時水泥水化反應(yīng)優(yōu)先堵塞中孔和大孔：當(dāng)水泥摻量較高時（超過15%），水泥摻量的增加主要致使第1峰區(qū)域的T2分布曲線向下移動，但第2峰及第3峰T2分布曲線幾乎不變，說明此時增加水泥摻量主要起到堵塞小孔的作用，而小孔對滲透系數(shù)影響相對較小。水泥土滲透系數(shù)隨水泥摻量增加而減小，水泥摻量在4%～12%時，滲透系數(shù)急劇減小，水泥摻量在15%～25%時，滲透系數(shù)呈緩慢下降的趨勢，且兩個不同水泥摻量范圍內(nèi)滲透系數(shù)的減小絕對數(shù)值不在同一個數(shù)量級上。

沈耀劍等采用原狀土和風(fēng)干土兩種土樣制各的水泥土試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗和直剪試驗，研究水泥土中土樣狀態(tài)（原狀土和風(fēng)干土）對水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律，得出在配合比設(shè)計、試驗條件相同的情況下，風(fēng)干土樣水泥土試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值明顯高于原狀土樣水泥土試樣，且當(dāng)水泥漿水灰比保持2.0不變時，隨著水泥摻入比增大，兩類水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本不再發(fā)生明顯變化。當(dāng)水泥摻入比固定時，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥漿水灰比增大而降低，水泥土粘聚力隨水灰比的增大而減小。

3結(jié)論

從已有的實驗成果來看，上述文獻(xiàn)對于水泥土的研究主要是針對粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土等軟土地基，從現(xiàn)場就地取材，研究外加劑、水泥摻量、養(yǎng)護(hù)齡期、摻砂量、含水量、滲透性和密實度等因素對土樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。從而找到更好地改善軟土地基的方法，降低施工難度，提高施工可靠性。

對于實驗結(jié)果，總結(jié)出以下建議：

一、適量提高水泥摻量，可以有效提高強(qiáng)度，但水泥摻量過多強(qiáng)度增長會變緩甚至不增長，且造價會提高。另外，隨水泥摻量增長最優(yōu)含水量增加，因此，在砂質(zhì)粉土地區(qū)，將水泥摻量控制在15%左右較好，同時控制水泥土處于最優(yōu)含水量。

二、在軟土地區(qū)，在土中摻入一定量的砂作為改良骨料，可顯著提高水泥土的強(qiáng)度，改善軟弱地基土質(zhì)疏松的問題。存在最優(yōu)摻砂量約為12%，此時增強(qiáng)效果最明顯。

三、在軟土中加入有效的外加固化劑，可以改變水泥土的滲透性能，中添加聚丙烯酰胺（PAM）起到了膠結(jié)加筋的作用，摻量為6%左右時強(qiáng)度最大，可作為工程有效參考。