地下咸水拌和水泥土的强度衰变规律研究

　　摘要：黄河三角洲地区是典型的滨海含盐土区域，存在大面积地下咸水，同时还广泛分布着以低液限粉土为主的沉积土，工程性质差。前期研究已表明，咸水拌和水泥土的耐久性很差，由此会引起水泥土构筑物及其上部建筑发生过大沉降(如桥头跳车现象)或失稳破坏。本文针对高矿化度地下水环境服役条件，对黄河三角洲典型区域不同深度地下水和土的化学成分进行了调查和室内试验研究。同时，通过室内试验，对不同养护条件下(地下咸水浸泡与养护室)水泥土的抗压强度及劈裂抗拉强度的发展规律，并对盐水侵蚀环境下水泥土力学性能衰变规律进行初步探讨。

　　关键词：水泥土,强度,地下咸水

　　1 引言

　　水泥土是将土、硅酸盐水泥和水等按一定比例拌合而成的一种具有一定工程性质的材料，一般可采用注浆法、深层搅拌法、高压旋喷法等进行施工，起支护、防渗作用加固软土地基[1,2]。近30年来，水泥土在我国越来越广泛地应用于软弱地基加固，并取得良好效果。然而在有些地区，地下水和土的矿化度很高，这使得水泥土性能随时间发生劣化，由此造成路基胀裂、基础开裂破坏的事故时有发生[3]。国内外学者对水泥土的劣化开展了一些研究[3-5]。目前，国内外学者主要集中于水泥土配合比参数对其强度的影响，而有关针对水泥土特定服役环境条件下，其力学性能及其劣化规律方面的系统研究成果还非常有限[6,7]。本文将针对黄河三角洲地下水环境(高矿化度)特点，通过室内试验对地下咸水拌和水泥土的力学特性及其衰变规律进行研究。

　　2 黄河三角洲土水性质

　　三千年来，黄河下游多次决口泛滥，范围北抵海河，南到淮河。大体分三个时期：自春秋战国到南宋建炎二年(公元前602年-公元1128年)，黄河北流入渤海;自南宋到清咸丰四年(公元1128年-1855年)，南流入黄海;1855年6月在兰考县铜瓦厢决口改道，夺大清河河道，重新汇入渤海。根据三角洲形成的年代，将黄河三角洲划分为古黄河三角洲、近代黄河三角洲和现代黄河三角洲。古黄河三角洲形成于1855年以前。1855年6月黄河回流入渤海后，尾闾决口50多次，大的改道11次，分别于1855-1934年和1934年至今形成以宁海和渔洼为顶点的近代和现代三角洲。黄河三角洲地区，浅层地下淡水、微咸水资源贫乏，仅在黄河现行河道两侧及两侧的决口扇和古(故)河道地带有小面积分布，其他广大地区为咸水分布区。总体趋势是古黄河三角洲淡水、微咸水分布面积相对较大、近代黄河三角洲分布面积较小、现代黄河三角洲基本无淡水、微咸水分布。

　　2.1 土样化学特性分析

　　在黄河三角洲典型区域钻芯取样。按照交通部标准公路土工试验规程(JTJ051–1993)对不同深度的土样进行了易溶盐含量分析。图1所示为阴阳离子含量随深度的变化曲线，图2所示为全含盐量随深度的变化曲线。可见在深度8-10m处图中盐分最多，而这个部位正处于加固区;其余各部位含盐量有所差别但不大。土中阳离子主要为Na+、K+、Ca2+及Mg2+，阴离子主要为Cl-、SO42-及HCO3-。离子含量分层现象明显，9m深度处含量最大。PH值在10m以上为6.2，以下为6.1，皆表现为酸性，这一特性将对水泥胶结材料产生腐蚀。

　　2.2 地下水化学成分分析

　　为了解黄河三角洲典型区域水的特性，取河口区15m深度范围内的地下水进行了化学分析。发现地下水基本上为矿化度大于5g/L的盐水，PH值在6.1到6.2之间，呈酸性。表1所示为地下0.5m处地下水的物理化学指标。可见，水中阳离子以K+、Na+为主，Cl-、SO42-为主要阴离子，其它有侵蚀性的阴离子如HCO3-含量较少。

　　黄河三角洲地区地下咸水分布面积很广。从土样和水样试验结果看，地下土水特性有分层现象，但总的来说，该地区土以粘土和粉质粘土为主，土和水汇总阳离子主要是K+、Na+，阴离子主要是Cl-、SO42-。地下水矿化程度较高呈酸性。土水的这些特性将对水泥土等水泥胶结材料的力学特性产生不良影响。

　　3 咸水拌合水泥土强度衰变规律分析

　　利用路面强度试验仪对水泥土试件进行了抗压和劈裂抗拉强度试验。试验采用原位土样与地下咸水;水泥为42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用一级粉煤灰，矿渣微粉质量符合规程规定。试验采用两种养护条件：养护室养护与地下咸水浸泡养护，分别模拟水位以上及以下地下环境。正常水泥土试件由原位土料经三次水洗，用水泥加固后浸泡在淡水中进行养护;含盐水泥土试件为原位土料浸泡在地下咸水中养护。

　　3.1抗拉强度

　　图1与图2所示为正常水泥土与含盐水泥土在不同养护环境下抗拉强度随龄期的变化曲线。可见，在试验测试龄期范围内，两种环境下水泥土试件的抗拉强度随着龄期的延长均呈现增加趋势。在养护室环境下，含盐水泥土与正常水泥土抗拉强度值差异不大，说明盐对水泥土抗拉强度影响不是很明显。浸泡环境下，28天与180天龄期含盐水泥土与正常水泥土抗拉强度值相同，90天龄期含盐土抗拉强度大于正常土。总的来说，盐分的存在并没有使水泥土的抗拉强度降低。同时，养护环境对抗拉强度的影响较小。

　　3.2抗压强度

　　图3与图4所示为正常水泥土与含盐水泥土在不同养护环境下抗压强度随龄期的变化曲线。在养护室环境下，含盐水泥土初期抗压强度低于正常水泥土，90天龄期时，两者基本相同，但180天龄期时，含盐水泥土抗压强度值高于正常水泥土。这是由于水泥土在养护室中经正常水化作用后，水中的盐析出并填充在水泥土的孔隙中使水泥土密实，从而抗压强度得到提高，而这一过程需要一定的时间，所以在后期这种密实作用才发挥出来。

　　在浸泡环境下，含盐水泥土的抗压强度值一直低于正常水泥土，并且在90天龄期后，含盐水泥土的抗压强度基本没有继续增长。说明由于盐水的作用，使盐与水泥水化产物发生反应，反应产物强度较低甚至有膨胀作用，使水泥土产生膨胀损伤。浸泡条件下90天龄期的含盐水泥土抗压强度相对正常水泥土下降了18.5%，180天抗压强度下降了21.6%。由此可见，在地下水位以下，水泥土长期被盐水浸泡，其抗压强度将会明显降低，致使桩体乃至复合地基的承载力降低。黄河三角洲大部分地区，地下水矿化度高且地下水位也高，在水泥土构筑物设计中应充分考虑地下咸水对水泥土抗压强度的影响。

　　4 结论

　　黄河三角洲地区地下咸水分布面积很广。从土样和水样试验结果看，典型试验段地下土水特性有分层现象，但总的来说，该地区土以粘土和粉质粘土为主，土和水汇总阳离子主要是K+、Na+，阴离子主要是Cl-、SO42-。地下水矿化程度较高且呈酸性。土水的这些特性将对水泥土等水泥胶结材料的力学特性产生不良影响。

　　试验得出：地下咸水的存在使水泥土的强度下降，发生衰变。与正常水泥土相比，咸水浸泡90天的水泥土的抗压强度降低了18.5%，180天的降低了21.6%。同时，地下咸水的存在没有使水泥土的抗拉强度降低。

　　本文研究成果对地下咸水环境下水泥土材料强度特性研究提供了重要的理论依据。

　　参考文献：

　　[1] 许贤敏, 路凡. 水泥土的性能及其在国外的应用[J]. 公路, 2005, (5): 117-124.

　　[2] 刘正勇. 水泥土加固机理及材料性能[J]. 山西建筑, 2005, 131(3): 91-93.

　　[3] 黄汉盛, 鄢泰宁, 兰凯. 软土深层搅拌桩的水泥土抗腐蚀性室内试验[J]. 地质科杖情报, 2005, 24(Z1): 85-88

　　[4] TERASHI M. et al.. Fundamental properties of lime and cement treated soil (3edReport)[R]. Report of Port and Harbour Research Institute, 1983, 22(1): 69-96 (in Japanese).

　　[5] 傅小茜,冯俊德,谢友均. 硫酸盐侵蚀环境下水泥土的力学行为研究[J]. 岩土力学, 2008, 29 (Z1): 659-662.

　　[6] 张天红, 周易平, 叶阳生, 等. 水泥土的强度及影响因素初探[J]. 中国铁道科学, 2003, 24(4): 53-56.

　　[7] 杨庆丰, 柯云姝, 钟玉民. 综合水灰比对水泥土工程性质的影响[J]. 低温建筑技术, 2004, 98(2): 62-63.

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 地下咸水拌和水泥土的强度衰变规律研究

文章地址： http://www.qikanvip.com/jushizhuangxiu/6507.html