4.2.4水泥士搅拌法 1、概述 水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂, 通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,由固化剂和软土间所产 生的一系列物理-化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土,从而提高地 基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同,水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者 是用水泥浆和地基土搅拌,后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。 水泥土搅拌法分为深层搅拌法(以下简称湿法)和粉体喷搅法(以下简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理 正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。 当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干 法。冬期施工时,应注意负温对处理效果的影响。湿法的加固深度不宜大于20m:干法不宜大于15m。水 泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。 水泥加固土的室内试验表明,有些软土的加固效果较好,而有的不够理想。一般认为含有高岭石、多 水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好,而含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以 及有机质含量高、酸碱度(pH值)较低的粘性土的加固效果较差 2、加固机理 水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同,混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面 不大、活性很弱的介质)中进行水解和水化作用,所以凝结速度较快。而在水泥加固土中,由于水泥掺量 很小,水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质一土的围绕下进行,所以水泥加固土的强度增 长过程比混凝土为缓慢。 1.水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及 氧化硫等组成,由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物:硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝 酸四钙、硫酸钙等.用水泥加固软土时,水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应,生 成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。 所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中,使水泥颗粒表面重新暴露出来,再与水发生反应 样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后,水分子虽继续深入颗粒内部,但新生成物已不能 再溶解,只能以细分散状态的胶体析出,悬浮于溶液中,形成胶体。 土颗粒与水泥水化物的作用当水泥的各种水化物生成后,有的自身继续硬化,形成水泥石骨架;有 的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。 (1)离子交换和团粒化作用粘土和水结合时就表现出一种胶体特征,如土中含量最多的二氧化硅遇 水后,形成硅酸胶体微粒,其表面带有阴离子Na'或钾离子K,它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离 子Ca'进行当量吸附交换,使较小的土颗粒形成较大的土团粒,从而使土体强度提高。 水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大1000倍,因而产生很大的表面能,有强烈的 吸附活性,能使较大的土团粒进一步结合起来,形成水泥土的团粒结构,并封闭各土团的空隙,形成坚固30 4.2.4 水泥土搅拌法 1、概述 水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥(或石灰）等材料作为固化剂， 通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产 生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地 基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者 是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。 水泥土搅拌法分为深层搅拌法(以下简称湿法)和粉体喷搅法(以下简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理 正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。 当地基土的天然含水量小于 30％(黄土含水量小于 25％)、大于 70％或地下水的 pH 值小于 4 时不宜采用干 法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。湿法的加固深度不宜大于 20m；干法不宜大于 15m。水 泥土搅拌桩的桩径不应小于 500mm。 水泥加固土的室内试验表明，有些软土的加固效果较好，而有的不够理想。一般认为含有高岭石、多 水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好，而含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以 及有机质含量高、酸碱度(pH 值)较低的粘性土的加固效果较差。 2、加固机理 水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面 不大、活性很弱的介质）中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量 很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质─土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增 长过程比混凝土为缓慢。 1.水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三 氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝 酸四钙、硫酸钙等. 用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生 成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。 所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应， 这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽继续深入颗粒内部，但新生成物已不能 再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。 2.土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架; 有 的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。 (1)离子交换和团粒化作用 粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇 水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有阴离子 Na+或钾离子 K +，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离 子 Ca++进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。 水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大 1000 倍，因而产生很大的表面能，有强烈的 吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固