第 29卷 第 4期 2 0 0 9 年
8 月
189
文章编号 :1671 - 2579 (2009) 04 - 0189 - 03
欧阳克连 1
, 宁宝宽
2
(1. 华南理工大学 材料科学与工程学院 , 广东 广州 510640 ; 2. 沈阳工业大学 建筑工程学院)
摘 要 : 研究了水泥土在不同水泥掺量 、养护龄期和土质的影响下的力学性能 ，对其相 应荷载位移曲线进行了分析和讨论 。探讨了 p H 值和各种侵蚀性离子对水泥土的力学效应 的影响 ，并对环境侵蚀机理进行了探讨 。研究结果表明 ，水泥土抗压强度随水泥掺量和养护 龄期的提高而增大 。土质不同 ，强度 亦不同 。酸性和高浓度化学溶液侵蚀环境对水泥土力学 性能有劣化作用 ；而碱性和低浓度化学溶液环境对水泥土力学性能具有一定促进作用 。
关键词 : 水泥土 ; 抗压强度 ; 水泥掺量
水泥土是依靠机械力搅拌或射流冲切 ，把地基的 天然软土与水泥浆 (或粉) 混拌在一起形成的桩体 。影 响水泥土强度形成的因素众多 ，众多学者进行了较为 深入的研究 ，如 Fisher , Kawasaki 等分析了粘性土中 掺入不同水泥的力学特性 ；郑刚 、宫必宁等对水泥土搅 拌桩的承载力及水泥加固土的物理力学性质等进行了 研究 。然而 ，以上研究均局限于水泥土在自然环境下 的性质 。水泥土在各种侵蚀环境条件下的力学性质还 需要进行深入而系统的研究 。本文对影响水泥土强度 的因素 ：水泥掺量 、养护龄期 、土质 、p H 值和侵蚀性离 子等方面进行了研究 。
1 方案
在水泥土试块制备的过程中 ，把土按干容重配制 成含水量为 40 %的试验样土 ，水灰比为 0 . 5 ，将水泥和 土搅拌均匀 ，为保证试件的密实性 ，分两次装入模具 中 ，并在砂浆振动台上振动到表面有少许浆体溢出 ，然 后抹平表面并编号 ,24 h 脱模后放入标准养护箱中进 行养护 。水泥采用 42. 5 # 普通硅酸盐水泥 ，做不同水 泥掺量时有重量比 7 %、10 %、15 %、20 %四种掺量 ，其 余水泥掺量均为 15 %。做不同养护龄期时分别养护 7 、28 、60 、90 d ，其余均养护 28 d 。做不同土质时有淤
泥质土 、粘土和粉质粘土 3 种土质 ，其余用土均为粘 土 。化学侵蚀试验采用了不同的化学溶液 、不同的溶 液浓度 、不同 p H 值 。本次试验参照土工试验及混凝 土试验等相关规程进行 ，试验设备采用南京土壤仪器
厂生产的应变控制式三轴仪 ，分别进行了各试件的无
侧限抗压强度测试 。
2 影响水泥土强度的各因素分析
2. 1 水泥土强度和水泥掺量的关系
为了探讨水泥土强度与水泥掺量的关系 ，往某粘 土样品中分别掺入重量比为 7 %、10 %、15 %、20 %的 水泥 ，成型养护 28 d ，然后作无侧限抗压强度试验 ，得 其应力与应变的关系 ，如图 1 所示 ，其中应变为压缩量 与试件的长度之比 。
图 1 水泥土强度与水泥掺量的关系
水泥土的结构是由水泥胶结性水化产物充分包裹
胶结土颗粒和胶结性水化物或膨胀性水化物填充土颗 粒间的孔隙而构成 。所以水泥土强度的增长主要来自 于土体颗粒之间联结的增强和土体密实度的增大 。如 图 1 所示 ，水泥土强度随水泥掺量的增加而提高 ，其原 因有 : ①水泥含量增大 ，水泥的水化产物增多 、土颗粒 与水泥水化物的作用增强 ; ② 掺入水泥后 ，胶结性水
收稿日期 :2008 - 11 - 18
作者简介 ：欧阳克连 ，男 ，硕士研究生. E - mail :ouyangkelian @126. com
中 外 公 路DEWARP
190 中外公路第29 卷
化物或膨胀性水化物填充土颗粒间的孔隙，促使水泥
土密实度增大。水泥土的孔隙比较天然土的孔隙比减
少，掺量越大，孔隙比减少越明显。
同时，从目前的工程应用来看，常用的水泥掺量为
7 %～20 % ，虽然随着水泥掺量的增加，水泥土的强度
可以提高，但当掺量大于20 %时并不经济，当水泥掺
量少于7 %时，水泥的水化产物不足以将整个体系包
裹，因此水泥的掺量应控制在7 %～20 %为宜。
2. 2 水泥土强度和龄期的关系
以15 %的水泥掺量为例，考察水泥土无侧限抗压
强度随养护龄期延长的增长情况，结果见图2 。
土的密实度增加，强度相应增大。而淤泥质土中因含
有机质，对水泥土强度有不利影响，因而强度最低。
图3 水泥土强度和土质的关系
2. 4 水泥土强度和p H值的关系
试验用土为粘土，水泥掺量取15 % ，试件成型拆
模后，将试块放入预先配置的不同酸碱度的水溶液中
养护28 d ，模拟酸碱度对水泥土强度增长期的影响，对
水泥土试样28 d 的无侧限抗压强度影响的试验结果
见图4 。
图2 水泥土强度同龄期的关系
由图2 可以看出，随着龄期的增长，水泥土强度逐
渐增大，这主要与以下两个过程有关: ①随着时间的
推移，水泥不断水化，其生成物逐步向颗粒集聚体间的
孔隙延伸，形成颗粒集聚体间的胶结物，促使孔隙、微
裂缝等缺陷减小，土体骨架稳定性增强，水泥土强度逐
步形成; ②胶结性水化物或膨胀性水化物填充土颗粒
间的孔隙，促使水泥土密实度增大。在水泥土中，水泥
的水化反应是在具有活性的土介质中进行的，介质参
与了化学反应，故其物理化学反应较一般混凝土复杂,
硬凝速度比混凝土缓慢，延续时间比混凝土长，故图中
水泥土90 d 强度仍有较大幅度的增长。工程中，为了
尽快提高水泥土强度，除采用早强水泥外，可适量添加
外掺剂，如粉煤灰、石膏、水玻璃、三乙醇胺、氯化钙、碳
酸钙等。
2. 3 水泥土强度和土质的关系
水泥土中水泥掺量15 % ，养护28 d 。所取土样为
粉质粘土、粘土、淤泥质土，分别作无侧限抗压强度试
验，结果如图3 所示。
土类是影响水泥土强度的一个重要因素，在相同
水泥掺量、养护相同龄期后粉质粘土的强度要明显高
于粘土和淤泥质土，淤泥质土的强度在三者之中最低。
由于粉质粘土的孔隙比要低于粘土的孔隙比，因此粉
质粘土的孔隙更容易被水泥的水化产物密实，粉质粘
图4 水泥土强度与pH值的关系
在不同p H 值环境中养护的水泥土试件，在28 d
时的无侧限抗压强度如图4 所示，可见水泥土在酸性
环境中强度相对于碱性水环境中有所降低，水泥土受高钛渣
到了酸的腐蚀，酸对水泥土的腐蚀性还是比较明显的;
随着p H 值的增大，水泥土强度亦增强。p H 为12 的
水泥土强度比p H 为4 的水泥土强度高30 %左右。酸
性环境水中的H + 与O H - 发生水化反应, 会导致
Ca (O H) 2 浓度不断下降，使得水化硅酸钙等水泥水化
物分解，从而使水泥土强度降低。碱性环境中，由于有
一定量O H - ，能保证一定的Ca ( O H) 2 浓度，使水泥
水化产物稳定存在，水泥土强度不会降低; 而且O H -
能与水泥土中的活性SiO2 发生反应，生成硅酸盐凝
胶，使水泥土强度有所提高。
2. 5 水泥土强度和侵蚀性离子浓度的关系
2. 5. 1 水泥土强度和不同离子的关系为了分析和探
讨不同化学溶液对水泥土强度的影
自动拖把响，采用具有代表性的NaCl 、N a H CO3 和Na2 SO4 浸泡
液，养护28 d ，试件为掺15 %的粘土制成的水泥土，溶
3
4 4 2009 年 第 4 期
欧阳克连 ，等 ：水泥土强度影响因素的研究
191
液的浓度都为 0. 01 mol/ L 。
图 5 水泥土强度和不同溶液的关系
由图 5 可知 ，这 3 种溶液在一定的摩尔浓度条件 下对水泥土的强度有促进作用 ，其中氯化钠的促进作
用最为显著 ，其次为硫酸钠 ，碳酸氢钠溶液中 HCO -
水解使溶液呈碱性 ，从而促进强度的增长 ，但增长相对 其他两者较低 ，这 3 种溶液在一定的摩尔浓度下对水 泥的极限强度还是有促进作用的 。但浓度超过一定值 时 ，对强度就有破坏作用 。
2. 5. 2 水泥土强度和 Na 2 SO 4 浓度的关系
如图 6 所示 , 相同龄期的水泥土的强度曲线随
Na 2 SO 4 浓度的增加而上升 。从试验数据可看出 : 0. 1 mol/ L 时水泥土的强度最大 ，曲线到达峰值 ，但与0. 5 mol/ L 时水泥土的强度相比已相差不大。干簧管传感器
图 6 水泥土强度与 Na 2 SO 4 浓度的关系
盐浓度超过 0. 1 mol/ L 时 ，侵蚀就比较明显了 。由试 验结果可以得知 ：在工程实际中 ，当硫酸钠的摩尔浓度 大于 0. 5 mol/ L 时 ，水泥土加固方案是不适合采用的。
3 结论
(1) 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺量和龄期
的增加而增长。
(2) 土类是影响水泥土强度的一个重要因素 ，在
卢卡纤维相同水泥掺量养护相同龄期后粉质粘土的强度要明显 高于粘土和淤泥质土 ，淤泥质土的强度最低。
(3) 水泥土在化学侵蚀的条件下 ，各强度有明显
不同 ，酸对水泥土的侵蚀要明显高于碱 ，在低浓度的条 件下 ，化学溶液对水泥土的强度有促进作用。
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