國內水泥土研究現狀綜述

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、基坑支護和注漿等工程中的重要材料，改善水泥土的性質、提高水泥土的強度能有效提高工程效率，降低施工成本與增強工程實際效果。本文通過對近年來國內的水泥土強度研究的文獻的綜合分析，探討各因素對水泥土強度的影響程度和常用的或是新型的具體試驗方法，總結出國內水泥土強度試驗的研究現狀，期望能為國內后續的水泥土研究試驗提供理論支撐。

關鍵詞：水泥土；水泥土強度；水泥土研究現狀

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、以水為反應媒介，三者按一定配比經拌合、壓實和養護后得到的具備一定強度與穩定性的混合物。

水泥土的原料來源廣，價格較經濟，凝結硬化慢，抗腐蝕性強，抗彎與抗剪性能相對較弱，國內研究者通過改善固化劑、改變土樣狀態、調整水泥土齡期等多種方式改進水泥土材料的抗壓強度，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、基坑支護和注漿等工程中均發揮了重要作用。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，布樁形式靈活多樣，工期短以及造價低等多重優點。近幾年水泥土攪拌樁的施工工藝在傳統工法基礎上存在較大發展，通過提高水泥土性能改善水泥土強度的有關研究也日益豐富。

本文主要以水泥土為研究對象，分析水泥土無側限抗壓強度的影響因素，涵蓋水泥摻量、養護齡期、土樣狀態、固化劑種類及含量等對水泥土強度影響的研究內容，綜合論述近年來國內的相關研究，分析探討各因素影響程度和具體試驗方法，以期為國內后續的水泥土強度研究提供理論支持。

2國內研究現狀

2.1國內研究概況

對于水泥土抗壓強度的試驗研究，國內研究人員己做出大量努力和嘗試，根據相關資料，簡要論述并分析目前進行過的有關試驗。

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

阮錦樓等（2009）采用現場取樣進行室內配合比試驗，探究水泥摻量以及齡期對水泥土無側限抗壓強度的影響；

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

姚賢華等（2016）采用新鄭市南水北調工程某地基處砂質粉土進行室內試驗，探究水泥摻量、齡期、水泥品種及養護條件對水泥土無側限抗壓強度的影響；

2.2國內研究方法

影響水泥土強度的因素眾多，其中主要因素包括水泥摻量、水泥性質、齡期、土質、養護條件、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。

國內外眾多研究學者對水泥土的變形性能和抗壓強度進行了大量的實驗研究。

楊愛武等通過不同養護條件下NaOH含量的改變，對天津地區海積軟土強度提高進行試驗研究。研究發現，同齡期試驗前養護時浸水的無側限抗壓強度比不浸水的無側限抗壓強度低，且隨著時間的增長，試驗前浸水的水泥土無側限抗壓強度增加趨勢大，而試驗前不浸水的水泥土無側限抗壓強度增加趨勢小，當水泥含量超過18%以后，強度增加趨勢不明顯。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度。

阮錦樓[2]通過向碾碎的土樣中加入不同質量的水泥，按土樣與水泥總質量的30%）Jll水，經標準養護不同齡期后，進行無側限抗壓強度試驗，得出水泥土的無側限抗壓強度隨著水泥摻入比和養護齡期的增加而增大，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為脆性破壞。通過回歸分析，建立了水泥土無側限抗壓強度與摻入比及齡期的回歸方程。

陶高粱通過核磁共振技術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優先堵塞中孔和大孔：當水泥摻量較高時（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，而小孔對滲透系數影響相對較小。水泥土滲透系數隨水泥摻量增加而減小，水泥摻量在4%～12%時，滲透系數急劇減小，水泥摻量在15%～25%時，滲透系數呈緩慢下降的趨勢，且兩個不同水泥摻量范圍內滲透系數的減小絕對數值不在同一個數量級上。

沈耀劍等采用原狀土和風干土兩種土樣制各的水泥土試件進行無側限抗壓強度試驗和直剪試驗，研究水泥土中土樣狀態（原狀土和風干土）對水泥土強度的影響規律，得出在配合比設計、試驗條件相同的情況下，風干土樣水泥土試樣的無側限抗壓強度值明顯高于原狀土樣水泥土試樣，且當水泥漿水灰比保持2.0不變時，隨著水泥摻入比增大，兩類水泥土無側限抗壓強度基本不再發生明顯變化。當水泥摻入比固定時，水泥土無側限抗壓強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結論

從已有的實驗成果來看，上述文獻對于水泥土的研究主要是針對粉質黏土、淤泥質黏土等軟土地基，從現場就地取材，研究外加劑、水泥摻量、養護齡期、摻砂量、含水量、滲透性和密實度等因素對土樣無側限抗壓強度的影響規律。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。

對于實驗結果，總結出以下建議：

一、適量提高水泥摻量，可以有效提高強度，但水泥摻量過多強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含水量增加，因此，在砂質粉土地區，將水泥摻量控制在15%左右較好，同時控制水泥土處于最優含水量。

二、在軟土地區，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度，改善軟弱地基土質疏松的問題。存在最優摻砂量約為12%，此時增強效果最明顯。

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）起到了膠結加筋的作用，摻量為6%左右時強度最大，可作為工程有效參考。