海相軟土場地水泥土劣化機(jī)理室內(nèi)試驗(yàn)研究*

董猛榮, 楊俊杰, 王 曼, 劉 強(qiáng)

(1. 海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國海洋大學(xué))，山東 青島 266100；2. 中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100； 3.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

由于城市及港口發(fā)展的需要及水泥土造價(jià)低、施工方便、整體性強(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，水泥土材料被廣泛應(yīng)用于中國的圍海造陸、跨海工程、海底隧道工程等港口和海岸建設(shè)。然而，長期處在海相軟土等環(huán)境中的水泥土，因海水中腐蝕離子的腐蝕作用而不可避免的發(fā)生強(qiáng)度降低[1-7]、滲透性增大[8]的劣化現(xiàn)象。劣化是化學(xué)變化引起的物理變化過程，揭示水泥土劣化機(jī)理可為研制抗劣化固化劑提供理論依據(jù)。

楊俊杰等[7, 9]根據(jù)工程背景，將加固體的劣化問題分為在非腐蝕場地形成后由于場地受到污染而發(fā)生的劣化問題(第一類劣化問題)和在腐蝕場地形成的加固體的劣化問題(第二類劣化問題)，并歸納總結(jié)了兩類劣化問題的室內(nèi)模擬試驗(yàn)方法。兩類劣化問題室內(nèi)模擬試驗(yàn)方法的不同之處在于水泥土在與腐蝕環(huán)境接觸之前是否需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

國內(nèi)外學(xué)者多采用將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)成型后，即具有一定強(qiáng)度的水泥土置于腐蝕環(huán)境的方式模擬研究水泥土的劣化問題(第一類劣化問題)。而在腐蝕場地形成的水泥土，在形成強(qiáng)度之前即與腐蝕環(huán)境接觸，水泥土不應(yīng)預(yù)先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。而且，水泥土的強(qiáng)度具有隨時(shí)間增長的性質(zhì)，且初期強(qiáng)度增長較快，腐蝕場地形成的水泥土在強(qiáng)度增長的同時(shí)也受到腐蝕物質(zhì)的侵蝕發(fā)生劣化，所以，在模擬試驗(yàn)中水泥土與腐蝕環(huán)境接觸前是否經(jīng)過養(yǎng)護(hù)，其劣化機(jī)理不盡相同。

關(guān)于第一類劣化問題的水泥土劣化機(jī)理在此不贅述[10-20]。本文研究海相軟土場地水泥土的劣化機(jī)理，屬于第二類劣化問題。

閆楠等[22-23]將水泥與日照嵐山港吹填淤泥質(zhì)土(含水率為液限的1.5倍，稱為原土)混合制備水泥土試樣，放入海水和原土中養(yǎng)護(hù)7、14、28、60、90、180和360 d后進(jìn)行X射線衍射、掃描電鏡、離子分析等試驗(yàn)。劣化層中C-S-H、C-A-S-H含量增多，水化產(chǎn)物含量減少，認(rèn)為海水中侵蝕離子對水泥水化產(chǎn)物有抑制和消耗作用，Mg2+、、Cl-、pH值是影響水泥強(qiáng)度的主因。將海水中水泥土強(qiáng)度衰減過程分為腐蝕介質(zhì)抑制水泥土表面強(qiáng)度增長的過程和促使水泥強(qiáng)度由表及里不斷降低的過程。

腐蝕場地中的水泥土在形成強(qiáng)度的過程中，在水泥土與土體界面附近，由于水泥土與土體中同種離子濃度的不同，使水泥土和土體之間發(fā)生離子擴(kuò)散及離子交換作用。水泥土的劣化機(jī)理與其周圍土體密切相關(guān)，但目前的研究僅以水泥土為研究對象，忽略了水泥土與土體之間離子擴(kuò)散作用和離子交換作用的影響。

本文將水泥土和周圍土體作為研究對象，在土體中制備水泥土，養(yǎng)護(hù)一定齡期后測定水泥土與土體界面附近的水泥土和土體中的各離子濃度，通過分析水泥土和土體之間離子擴(kuò)散和離子交換作用，揭示水泥土劣化的機(jī)理。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土為海相軟土，取自青島膠州灣膠州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。運(yùn)回試驗(yàn)室后去除大顆粒雜質(zhì)，圖1為處理后的試驗(yàn)用土，以下稱為原土。

圖1 處理后的試驗(yàn)用土(原土)

根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，測定膠州灣海相軟土物理、化學(xué)性質(zhì)，測試結(jié)果見表1和表2。

表1 試驗(yàn)用土物理性質(zhì)

表2 試驗(yàn)用土主要離子濃度

試驗(yàn)用水泥為濰坊魯元建材有限公司生產(chǎn)的42.5#普通硅酸鹽水泥。

1.2 試驗(yàn)方法

原土用海水調(diào)整至1.5倍液限，以15%的水泥摻入比制備水泥土。如圖2所示，將內(nèi)徑50 mm、高100 mm，壁厚2 mm的圓形套筒置于內(nèi)徑320 mm、深150 mm的容器中心并固定。將海相軟土裝入容器至1/2套筒高。將水泥土分三次裝入套筒，期間用細(xì)鋁棒不斷振搗排除氣泡。繼續(xù)將海相軟土裝入容器中，與套筒平齊后緩慢拔出套筒；繼續(xù)裝入海相軟土至高出水泥土頂端20 mm。

對達(dá)到指定齡期(28、60、90 d)的試樣取樣，用滴定法進(jìn)行離子濃度測定，取樣位置見圖3，水泥土內(nèi)部3個(gè)樣，分別距界面0～5、5～10和10～15 mm，土體中3個(gè)樣，分別距界面0～10、10～20和20～30 mm。每個(gè)試樣3個(gè)平行樣取平均值。

取樣后，風(fēng)干、研磨并制備浸出液，依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBT 50123—1999)測定相應(yīng)的離子濃度。

同時(shí)為分析劣化力學(xué)特性與離子分布的關(guān)系，本文對相同條件下劣化90 d的水泥土燒杯試樣實(shí)施微型貫入試驗(yàn)。

首先將配置好的水泥土填入內(nèi)徑85 mm，上內(nèi)徑90 mm，高105 mm的塑料燒杯中，分三層填入，放入養(yǎng)護(hù)桶中央并填入原土直至高出試樣頂面2cm。養(yǎng)護(hù)桶為下內(nèi)徑135 mm，上內(nèi)徑150 mm，高150 mm的塑料桶，每14天換土一次。達(dá)到90 d時(shí)實(shí)施微型貫入試驗(yàn)，試驗(yàn)所用探針角度60°，探頭直徑3.4 mm，貫入阻力達(dá)到平穩(wěn)后停止貫入。試驗(yàn)過程及貫入點(diǎn)位置如圖4所示。

圖2 制樣過程

圖3 離子濃度測定取樣位置

圖4 試驗(yàn)過程及貫入點(diǎn)位置

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖5為28 d齡期時(shí)離子濃度在水泥土和土體界面附近的分布情況。

圖5 28 d齡期時(shí)離子濃度在水泥土和土體界面附近的分布

如圖5(b)所示，距離水泥土表面越近，Mg2+在水泥土中濃度越高；而在土體中，Mg2+濃度隨距界面距離的變化不明顯。水泥土表層的Mg2+與水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成Mg(OH)2，Mg(OH)2溶解度低，易沉淀，但進(jìn)行離子濃度測定時(shí)需要制備浸出液，導(dǎo)致了Mg2+的溶出，使得測得的Mg2+濃度偏高。

如圖5(d)所示，Cl-濃度水泥土內(nèi)外差別明顯，土體中Cl-濃度明顯高于水泥土中Cl-濃度。在水泥土中，離水泥土表面越近，Cl-濃度越高，在土體中，離界面越遠(yuǎn)，Cl-濃度有增加的趨勢。水泥土中的Cl-與水泥成分中的鋁酸三鈣(C3A)發(fā)生反應(yīng)生成水化氯鋁酸鈣(C3A·CaCl2·nH2O)，導(dǎo)致水泥土中的Cl-濃度降低；Cl-分子量小，很容易進(jìn)入水泥土中，導(dǎo)致水泥土表層Cl-濃度升高。

圖6為60 d齡期時(shí)離子濃度在水泥土和土體界面附近的分布情況。

圖6 60 d齡期時(shí)離子濃度在水泥土和土體界面附近的分布

圖7為90 d齡期時(shí)離子濃度在水泥土和土體界面附近的分布情況。

圖7 90 d齡期時(shí)離子濃度在水泥土和土體界面附近的分布

圖8為各位置處離子濃度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化情況。

圖8 各位置處離子濃度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化情況

由圖8可知，Ca2+濃度隨時(shí)間在水泥土內(nèi)部逐漸升高，在水泥土表層呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，在土體中變化不明顯。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加， Mg2+擴(kuò)散進(jìn)入水泥土，消耗了水化硅酸鈣(C-S-H)與水化鋁酸鈣(C-A-H)，生成了膠結(jié)性較差的水化硅酸鎂(M-S-H)與水化鋁酸鎂(M-A-H)，置換出了部分Ca2+，從而使其濃度升高，同時(shí)被置換出的Ca2+在界面處不斷向土體中擴(kuò)散，導(dǎo)致了水泥土靠近界面處Ca2+濃度的降低。

Mg2+濃度隨時(shí)間在水泥土表層有升高的趨勢，但在水泥土內(nèi)部及土體中，Mg2+濃度逐漸降低。在水泥土內(nèi)部Mg2+逐漸與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致了Mg2+濃度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間降低，在水泥土表層，Mg(OH)2的不斷析出使其濃度升高，土體中的Mg2+不斷向水泥土擴(kuò)散，使其濃度降低。

Cl-濃度隨時(shí)間在水泥土內(nèi)部逐漸升高，在水泥土表層60 d前升高，60 d后則有降低的趨勢；在土體中， Cl-濃度均隨時(shí)間逐漸降低。Cl-分子量較小，擴(kuò)散較快，土體中的Cl-擴(kuò)散至水泥土內(nèi)部導(dǎo)致土體中Cl-濃度逐漸降低，60 d后水泥土劣化較嚴(yán)重，水泥土表層及土體中與水泥土界面處成分趨于一致，所以水泥土表層Cl-濃度與土體中Cl-濃度變化趨勢一致。

圖9為90 d齡期水泥土燒杯試樣的微型貫入試驗(yàn)結(jié)果。

圖9 90 d齡期原土養(yǎng)護(hù)水泥土微型貫入試驗(yàn)貫入曲線

楊俊杰等[21]根據(jù)劣化及未劣化試樣貫入阻力曲線特征定義了劣化深度(見圖10)，如圖所示，劣化層包括貫入阻力為零的完全劣化層(深度為D1)和劣化過渡層(深度為D2)，劣化層的深度D即為劣化深度。

由圖10可知，水泥土的劣化深度為1.2 mm，劣化區(qū)水泥土中離子含量明顯異于未劣化部分，但在未劣化區(qū)離子濃度均隨深度的增加逐漸減少或逐漸增多，說明離子擴(kuò)散先于擴(kuò)散發(fā)生。

圖11為基于上述試驗(yàn)結(jié)果與分析得到的水泥土和土中不同位置處各離子反應(yīng)及擴(kuò)散情況。

圖10 由貫入阻力曲線定義的劣化深度

圖11 水泥土和土中不同位置處各離子反應(yīng)及擴(kuò)散情況

3 海相軟土場地水泥土劣化機(jī)理

水泥土強(qiáng)度的增加是緣于水化反應(yīng)生成的水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用并填充孔隙，而腐蝕離子對水泥土強(qiáng)度的影響體現(xiàn)在干預(yù)水化反應(yīng)進(jìn)程和分解水化產(chǎn)物兩個(gè)方面。以下從上述兩個(gè)方面分析水泥土劣化機(jī)理。

3.1 腐蝕離子干預(yù)水泥水化反應(yīng)進(jìn)程

3.1.1 水泥水化反應(yīng)過程 水泥水化反應(yīng)過程見圖12。

圖12 水化反應(yīng)過程圖

① C3S/C2S的水化

在硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)結(jié)構(gòu)中，鈣離子的配位數(shù)處于不規(guī)則狀態(tài)，因而使鈣離子具有較高的活性，其結(jié)構(gòu)具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，遇水會發(fā)生水化反應(yīng)。C3S/C2S的水化反應(yīng)見下式：

3 CaO·SiO2+ nH2O→

xCaO·SiO2·yH2O+(3-x) Ca(OH)2。

(1)

2 CaO·SiO2+ nH2O→

xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2。

(2)

C3S及C2S與水發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣(xCaO·SiO2·yH2O，此后簡寫為C-S-H)與氫氧化鈣(Ca(OH)2，此后簡寫為CH)。C-S-H為水泥水化最重要的產(chǎn)物，表面積大(100～700 m2/g)，占水泥水化體積的50%～60%。CH為較為粗大的晶體，生成過多會造成水泥強(qiáng)度的降低，但其是維持水泥石體系較高堿度，穩(wěn)定C-S-H的重要物質(zhì)。

C3S/C2S的水化過程分為五個(gè)階段：誘導(dǎo)前期、誘導(dǎo)期、加速期、減速期、穩(wěn)定期。

誘導(dǎo)前期：Ca2+和OH-迅速釋放， pH值迅速上升值至12，溶液具有強(qiáng)堿性。此時(shí)期反應(yīng)迅速，但時(shí)間較短，15 min內(nèi)結(jié)束。

加速期：CH和C-S-H開始從溶液中析出，C3S再開始繼續(xù)迅速地發(fā)生反應(yīng)。大量放熱，水泥開始硬化。時(shí)間是水化反應(yīng)開始后的4～8 h。

減速期：C-S-H包裹著土顆粒表面，形成屏障，離子需要擴(kuò)散到屏障內(nèi)部才能繼續(xù)反應(yīng)。水化反應(yīng)速率逐漸下降，受擴(kuò)散速率控制。時(shí)間是水化反應(yīng)開始后的12～24 h。

穩(wěn)定期：水化產(chǎn)物開始在C3S粒子原始周界內(nèi)部形成和生長，水化向穩(wěn)定期轉(zhuǎn)變。

② C-S-H的轉(zhuǎn)化

水化產(chǎn)物C-S-H的組成是不定的，其CaO/SiO2的比值與所處的溶液中CH濃度有關(guān)：

CH濃度較低時(shí)，C/S值=1.5，C-S-H表現(xiàn)為硅酸凝膠態(tài)。

CH濃度較高時(shí)，C/S值=1.5～1.8，C-S-H表現(xiàn)為纖維狀(稱為Ⅰ型C-S-H)。

CH濃度達(dá)到飽和時(shí)，C/S值=2，C-S-H表現(xiàn)為網(wǎng)格狀(稱為Ⅱ型C-S-H)。

圖13 不同形態(tài)C-S-H掃描電鏡圖

隨著水化反應(yīng)的，CH不斷生成，CH濃度不斷提高，C-S-H的形態(tài)也隨著時(shí)間緩慢變化。

③ C3A的水化反應(yīng)

鋁酸三鈣(C3A)由許多四面體、八面體組成， Ca2+松散的聯(lián)結(jié)，其中含有0.147 nm的大孔穴OH-可以很容易進(jìn)入晶格內(nèi)部。C3A水化反應(yīng)有兩種水化方式：

C3A單獨(dú)水化：

C3A + 27H → C4AH19+C2AH8。

(3)

其中：C4AH19在R.H<85%時(shí)容易失水變成C4AH13。C4AH19、C4AH13、C2AH8、均為六方片狀晶體，在常溫下都處于介穩(wěn)狀態(tài)，有轉(zhuǎn)化為等軸C3AH6的趨勢。

④ CH濃度達(dá)飽和時(shí)C3A的水化：

C3A+CH+12H→C4AH13。

(4)

由于C4AH13在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在且增長很快，會發(fā)生瞬凝的現(xiàn)象。

⑤ C4AH13轉(zhuǎn)化為AFt的反應(yīng)。

在石膏存在的情況下，C4AH13會與石膏反應(yīng)生成三硫型水化硫鋁酸鈣(化學(xué)式C3A·3CS·H32，簡寫為AFt)。

C4AH13+3CSH2+14H→C3A·3CS·H32+CH 。

(5)

AFt又稱鈣礬石，是一種溶解度比較低的膨脹性物質(zhì)，生成AFt后，體積膨脹1.27倍，少量生成可以填充孔隙增強(qiáng)水泥土強(qiáng)度，但是生成過多時(shí)會引起水泥土的脹裂。

⑥ AFt轉(zhuǎn)化為AFm的反應(yīng)

當(dāng)石膏消耗完而C3A還有剩余時(shí)，會發(fā)生下式的反應(yīng)，生成單硫型水化硫鋁酸鈣(化學(xué)式C3A·CS·H12，簡寫為AFm)：

2C4AH13+C3A·3CS·H32→3C3A·CS·H12+CH+20H 。

(6)

與AFt類似，AFm也是一種膨脹性產(chǎn)物。

⑦ AFm轉(zhuǎn)化為AFm(CH)的反應(yīng)

石膏摻量極少，所有的AFt都轉(zhuǎn)化為AFm還有C3A剩余

C3A·CS·H12+ C3A+CH+12H →2C3A(CS· CH)H12。

(7)

⑧C4AF在無石膏環(huán)境中水化

無石膏時(shí)，在Ca(OH)2環(huán)境水化，化學(xué)反應(yīng)見下式：

C4AF + 4CH + 22 H →2C4(A·F)H13。

(8)

⑨ C4AF在無石膏環(huán)境中水化

C4AF+2CH+6CSH2+50H→2C3(A·F)·3CS·H32。

(9)

⑩AFt(F)轉(zhuǎn)化為AFm(F)的反應(yīng)

石膏不足時(shí)

2C4(A·F)·H13+C3(A·F)·3CS·H32→3C3(A·F)·CS·H12。

(10)

C3(A·F)·CS·H12 + C4AF+CH+12H→

2C3(A·F)(CS· CH)H12。

(11)

可以看出，C4AF與C3A水化反應(yīng)過程及產(chǎn)物非常相似。

根據(jù)結(jié)晶理論，硬化水泥漿體是由多種形貌的C-S-H以及鈣礬石、CH和單硫型水化硫鋁酸鈣等晶體交織在一起形成的。它們密集連生交叉結(jié)合、接觸，形成牢固的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)。水泥石的強(qiáng)度取決于結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)中接觸點(diǎn)的強(qiáng)度與數(shù)量。

根據(jù)水化反應(yīng)過程可以看出，低含鹽量利于水泥土強(qiáng)度提高可能有以下三方面原因：

(1)環(huán)境中的Ca2+進(jìn)入水泥土中加速了水化反應(yīng)過程①C3S/C2S的水化中的誘導(dǎo)期中CH的溶出，促進(jìn)誘導(dǎo)期的結(jié)束，起到一定的早強(qiáng)作用。同時(shí)Ca2+濃度提高可使CH濃度提前達(dá)到飽和，促進(jìn)網(wǎng)格狀凝膠產(chǎn)物的生成。

(3)低濃度的Cl-可會與C3A和CH反應(yīng)生成不溶性的水化氯鋁酸鈣，反應(yīng)式如下：

C3A+CaCl2+nH2O=C3A·CaCl2·nH2O 。

(12)

水化氯鋁酸鈣的析出會填充孔隙，增加固相比例，提高早期強(qiáng)度；同時(shí)由于Cl-的存在，會產(chǎn)生鹽效應(yīng)，致使熟料礦物溶解度增大，提高鈣礬石的溶解度，阻止其晶體的形成與長大，從而減輕對水泥土的破壞作用。圖4(d)中可以看出在28 d時(shí)水泥土內(nèi)部的Cl-濃度低于環(huán)境中Cl-濃度，說明Cl-在早期參加了反應(yīng)。

3.1.3高含鹽量不利于水泥土強(qiáng)度形成 過高的含鹽量會阻礙水化產(chǎn)物的形成，影響強(qiáng)度的提高?？赡苡幸韵氯矫嬖?。

(1)Mg2+在水泥土中會發(fā)生兩個(gè)干擾水化的反應(yīng)：

Mg(OH)2+SiO2→MgO·SiO2·H2O 。

(13)

Mg(OH)2+Al2O3→MgO·Al2O3·H2O 。

(14)

式(13)、式(14)分別生成了水化硅酸鎂(M-S-H)與水化鋁酸鎂(M-A-H)，M-S-H會分散與C-S-H凝膠之中，由于M-S-H是一種松散物質(zhì)，膠凝性較差，所以其存在會在一定程度上破壞C-S-H凝膠的完整性。圖7中水泥土內(nèi)部Mg2+濃度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間逐漸減低，說明了Mg2+參與了水泥土后期反應(yīng)。

(2)大量存在的會導(dǎo)致Ca2+以二水石膏的形式析出，Ca2+濃度的降低阻礙了溶液C3S/C2S水化反應(yīng)的進(jìn)行。同時(shí)也降低了CH濃度，CH濃度較低時(shí)，會阻礙水化反應(yīng)進(jìn)行。

(3)當(dāng)Cl-濃度過高時(shí)，會與C3A反應(yīng)生成過量的水化氯鋁酸鈣，水化氯鋁酸鈣幾乎沒有凝膠作用，且此反應(yīng)消耗很多CH與C3A，不利于水化反應(yīng)的進(jìn)行。且水化氯鋁酸鈣還會包覆在土顆粒和水化產(chǎn)物(C-S-H和C-A-H)表面，阻礙水化反應(yīng)的進(jìn)一步反應(yīng)。

3.2 腐蝕離子分解水化產(chǎn)物

腐蝕離子分解水化產(chǎn)物將使水泥土強(qiáng)度降低，其機(jī)理可從以下四個(gè)方面闡述。

(1)土體中的Mg2+在水泥土表面或通過孔隙進(jìn)入水泥土中，與C-S-H和C-A-H發(fā)生如下反應(yīng)：

3CaO·2SiO2·3H2O+3MgCl2+9 H2O→

3CaCl2·6H2O+3Mg(OH)2+2SiO2。

(15)

3CaO·Al2O3·6H2O+3MgCl2+9 H2O→

3CaCl2·6H2O+3Mg(OH)2+Al2O3。

(16)

如式(15)、式(16)所示，Mg2+消耗了C-S-H與C-A-H，導(dǎo)致水泥土水化產(chǎn)物的分解，從而降低了水泥土的強(qiáng)度。由圖7(b)可知，水泥土內(nèi)部28 d后Mg2+濃度逐漸降低，說明在水化反應(yīng)基本完成后Mg2+依然持續(xù)的發(fā)生反應(yīng)，所以Mg2+是強(qiáng)度形成后，導(dǎo)致水化產(chǎn)物分解的重要離子。

(2)當(dāng)濃度較高時(shí)，會與土體中的Ca2+及(C-A-H)發(fā)生如下反應(yīng)。

(17)

4CaO·Al2O3·13H2O(C-A-H)+3(CaSO4·2H2O)+14H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+Ca(OH)2。

(18)

如式(17)、式(18)所示，與Ca2+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生大量石膏，析出結(jié)晶，石膏結(jié)晶體積是Ca(OH)2結(jié)晶的兩倍，造成水泥土的脹裂，同時(shí)，石膏還會與C-A-H反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石體積為C-A-H體積的1.27倍，同樣會造成水泥土的脹裂。

(3)當(dāng)Mg2+和同時(shí)大量存在時(shí)，會發(fā)生r如下反應(yīng)：

3CaO·2SiO2·3H2O+3MgSO4+10H2O→

3(CaSO4·2H2O)+3Mg(OH)2+2SiO2·4H2O。

(19)

如式(19)所示，C-S-H發(fā)生分解，生成石膏與Mg(OH)2，水化產(chǎn)物膠結(jié)性變差，同時(shí)石膏的析出會造成脹裂。

(4)也有學(xué)者認(rèn)為，Mg2+、Cl-同時(shí)存在且濃度較高時(shí)，生成氯鋁酸鹽和鎂氧氯化物以取代硫鋁酸鹽，產(chǎn)生具有強(qiáng)烈腐蝕性的鉀鎂礬(K2Mg2(SO4)3)。因此，當(dāng)Cl-和Mg2+同時(shí)存在且濃度較大時(shí)，將進(jìn)一步加劇水泥土的劣化。

4 結(jié)論

本文將水泥土和周圍土體作為研究對象，基于室內(nèi)試驗(yàn)得到的離子濃度時(shí)空分布規(guī)律，探討了海相軟土場地水泥土劣化機(jī)理。

(3)隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，Ca2+不斷生成，水泥土中足夠多的Ca2+是保證水化反應(yīng)進(jìn)行及維持水化產(chǎn)物穩(wěn)定的必要條件，Ca2+不斷向土體擴(kuò)散是水泥土劣化的原因之一。