淺談化學分析和熱分析在水泥深層攪拌樁中的質量檢測方法

李云妹

【摘要】水泥攪拌樁已經成為處理我國公路軟土地基常用的方法，此種方法工藝設備較為成熟、操作比較簡單，且其造價相對經濟，所以在我國高速公路施工上使用比較普遍。基于水泥攪拌樁的重要地位，應該對其質量進行檢測研究。本文通過對水泥深層攪拌樁進行簡介，分別對化學分析與熱分析兩種質量檢測方法進行了初步的闡述。

【關鍵詞】水泥深層攪拌樁；化學分析；熱分析

雖然水泥深層攪拌樁已在我國軟基加固上普遍使用，但是對于我國軟土地基的來說，其情況非常復雜，且其深層攪拌的技術工藝并不完善，加固機理也需要提高，需要進一步加強對深層攪拌樁的質量檢測。應通過多種質量檢測方法對其質量進行檢測分析，確保水泥深層攪拌樁的樁身質量，防止工程事故的發生。特別在深層攪拌樁成樁初期，加固土體的強度并不穩定，不能通過除熱分析和化學分析的其他檢查方法進行檢測時，應采用此兩者方法，對其質量進行檢測。

一、水泥深層攪拌樁簡介

水泥深層攪拌樁的工作過程指：通過使用水泥來做固化劑，依據具有特殊性質的深層攪拌機器，使水泥等一些固化劑注入到軟土地基里，在加固深度層里，使水泥與軟土相互融合，通過這兩者相關的化學和物力反映，將軟土轉變成具備水穩定性、整體性的具備一定強度的水泥土，將其做成樁體，使其成為深層攪拌樁并與地基土完成相同作用。

水泥深層攪拌樁能夠將總沉降量降低，并能將地基的變形狀況改善，能夠承受相對比較大的加荷數量。與其他施工措施對比，深層攪拌法成本更低，施工的工期要更短，而且對相聯建筑物影響較小，因此，目前的公路建設與市政工程建設對其使用的比較多。

但是總的來說，水泥深層攪拌樁在工程實施里存在一些問題。比如水泥均與性不高。強度差、不能有效降低沉降量、用量難以控制等問題，導致加固效果受到影響。因此，在施工時，必須采取有效的科學質量檢測方法，對水泥深層攪拌樁的質量進行控制。

二、應用化學分析話對水泥深層攪拌樁進行質量檢測

（一）化學分析的原理

化學分析方法主要是對樣品的物質成分進行分析。試樣品在與加固土被深層攪拌后，樣品的物質成分也相應發生了變化，通過其變化了解固化劑的作用。對水泥來講，其對軟土的加固機理，是土中的粘土礦物或水溶液的一些具有活性的陽離子與水泥顆粒發生反應，通過此置換反應產生了新的化合物質，此后水泥土慢慢凝固并硬化，使得土中形成了跟原狀土不一樣的網站結晶物與纖維膠凝物，改善了軟土的性質。加固土中的水泥含量的不同，其影響軟土改性的效果也是不同的。在化學反應上來講，水泥深層攪拌樁的本質是土顆粒、水泥顆粒和土中的孔隙水等一些物質進行的三相化學平衡反應。由于反應時，體系少有甚至沒有與外面的物質產生交換，所以在反應前后，體系中只發生了物相變而基本沒有改變物質的組成成分。這種現象，使得我們可以通過對反應前后水泥、軟土的化學成分的分析，來計算水泥的含量，并評價水泥土的均勻性。

一般將高含水量與孔隙比的第四紀系湖、濱、河、海、三角洲的軟質土作為加固對象。這些地域的軟土，主要具有Fe2O3、Al2O3、SiO2這三種氧化物，其中Al2O3的含量范圍在10%左右，SiO2的含量范圍為65%-70%，三種物質含量占總氧化物含量的80%左右，此類軟土中含有的CaO含量一般在2%。

可以看出，常用水泥與一般水泥中的CaO含量是大不相同的。其含量在常用水泥中有60%，而在一般軟土中只有2%左右。因此將少量的水泥摻入軟土中，會使其CaO含量明顯增加。一定時間段內，即使隨著水泥齡期的增長，其含有的CaO量也不會發生多少變化。所以可以采用CaO含量指標來對水泥進行測試，此方法方便而且經濟。

（二）化學分析的方法

化學分析方法來對水泥深層攪拌樁土中的水泥含量進行計算的做法是，設定深度范圍，對在其范圍內進行分段取樣，檢測其中含有的CaO，并同時測定固化劑與原狀土中的CaO含量，通過比較CaO含量指標來獲得結論。水泥土的水泥摻入比是指摻入的水泥重量與被加固土重量的比值。公式表示如下：

水泥摻入比= *100% （1）

水泥含量= （2） *100%

三、應用熱分析話對水泥深層攪拌樁進行質量檢測

（一）熱分析的原理

熱分析技術是指測量物質隨著溫度變化的物質性質的技術。熱分析方法是物質在加熱時，對其發生的融化、氧化、升華、失水、還原、分解、相變、物質的相互作用等種種物理反應進行研究，通過研究，確定物質的反應機理以及其物質組成成分。通過采用熱分析方法，對土體的相互作用機理以及深層攪拌樁的水泥進行研究，觀察其在發生熱反應時，物質發生的變化，以此來判斷深層攪拌樁的半定量與定量評價。

（二）熱分析方法

通常對深層攪拌樁進行熱分析時，采用的方法是熱重聯合分析法與差熱法。利用現代熱分析實驗器材，可以得到一個樣品的兩種熱分析曲線圖，即熱重分析曲線圖與差熱分析曲線圖。

熱重分析曲線圖研究的是物質在受熱后，其重量的變化圖，其中，物質出現的溫度以及變化的大小，由物質的化學組成和結構決定。所以可以通過分析試樣品加熱過程發生的重量變化情況，對物質進行區分與鑒別。差熱曲線圖將試樣品通過加熱，發生的水解、失水以及相變等變化形成的放熱或加熱反應記錄在曲線上，通過研究物質的熱量變化，分析物質發生的物質和化學反應機理和過程。

依據水化水泥與原狀土的熱分析曲線特征，對水泥深層攪拌樁試樣品的差熱曲線、熱重曲線進行分析，這是水泥土做熱分析的根本方法。物力、化學反應將水泥與軟土混合形成的水泥深層攪拌樁熱分析圖，必須具備水化水泥與原狀土這兩種熱分析曲線圖的綜合特性。以這些熱反應曲線圖依據，來判斷深層攪拌樁中水泥在土中的變化以及水泥的含量。通過熱分析方法得到的分析結果，可以與化學分析方法得到的結果相互應證。判斷熱曲線圖中各物質的數據特征，依據半定量或者定量的計算方法，來分析試樣品中物質的構成成分以及含量。

1、原狀土熱反應特征

通過化學分析與顆粒分析，可以得知，原狀土樣中粉土的CaO的含量范圍是3.97%左右。粉質粘土中CaO含量范圍是1.37%左右。通過鑒定，原狀土由風化長石、石英砂、粘土礦物以及白云母等物質組成。粘土礦物一般是伊利石與蒙脫石，其在原狀土中的存在是產生熱反應的主要原因。

2、水化水泥熱反應的特征

經過對熱重曲線分析得知，水泥土與原狀土相對比，其結晶水脫失重量、吸附水以及總失重量都比原狀土中要大。這是因為水泥在發生水化反應過程時，將Ca2+離子不斷脫離，當溶液中此種離子飽和度過高時，此離子會與Al2O3、SiO反應，產生不溶于水的凝膠物質，最后使得土中的結晶水或者是膠體水含量提高。

結束語

運用化學分析方法和熱分析方法對水泥的深層攪拌樁質量進行檢測，因其分析結果真實而且客觀，可以有效的反映深層攪拌樁的質量狀況。通過對水泥深沉攪拌樁的質量進行分析與控制，可以及時調整施工過程中的問題，有效的控制深層攪拌樁的質量。

參考文獻

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