水泥土在海水环境下的劣化研究.pdf

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1、 水泥土在海水环境下的劣化研究 摘要 水泥作为固化剂已被广泛的应用于工程建设中已有的工程实例表明水泥土 在海水环境下受到侵蚀性离子的侵蚀而发生劣化。本文以水泥加固青岛胶州湾海 相软土为对象，研究水泥土的劣化深度、水泥土的强度( 劣化) 时空分布规律及 水泥土的劣化机理。 为了研究水泥加固体在海水环境下的劣化问题，开发了一种能够近似模拟加 固体形成环境的养护装置。在试样筒中制各加固体后立即将加固体连同试样筒置 于养护筒，并只允许加固体顶面与海水环境接触。利用室内模拟试验研究了养护 时间、水泥掺量和水压力对青岛胶州湾海相软土场地形成的水泥土的劣化的影 响，对达到一定龄期的水泥土试样实施微型贯入试验

2、及化学成分分析试验，通过 微型贯入试验研究水泥土的劣化时空分布规律，得到劣化深度与时间的关系，并 根据贯入阻力与贯入深度的关系曲线特征定义了劣化深度：结合扫描电镜和化学 成分分析对水泥土的劣化机理进行分析，为进一步研制抗劣化性能良好的外加剂 提供参考。 试验选用普通硅酸盐水泥来加固青岛胶州湾海相吹填软土。水泥掺量选用 7 和1 6 柬制作水泥土试样，对到达养护时间的水泥土试样进行试验。试验结 果表明：海水环境下水泥土的劣化进展较快：劣化深度随着养护时问的增加而增 大；随着水泥掺量的增加，水泥土的强度明显增加，同时水泥土的劣化深度显著 减小；劣化深度有随水压力增大的趋势：水泥土中的c a 2 +

3、 和S 0 4 2 浓度呈现由深 到浅浓度逐渐降低的趋势，M 9 2 + 浓度变化则髓着深度的增加逐渐减小，c l 。浓度 在该试验条件下对水泥土的劣化影响很小。 关键词：水泥土；海相软土；海水环境：劣化：微型贯入试验 L a b o r a t o r ys i m u I a t i o ne x p e r i m e n to nd e t e r i o r a t i O no f c e m e n t s t a biIz e ds oiIins e a w a t e re n vir o n m e n t A b s t r a c t C e m e n ts t a

4、b i l i z e ds o i li nn a * 3 L r a lc o n d i t i o n a sw e l Ia ss t a b i l i z a t i o nl nc o r r o s i v es i t e w i l lb ei n f l u e n c e db ye n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ns u c ha sa c i dr a i ns e a w a t e ri n v a s i o no r i n d u s t r i a lp o l l u t i o n a n dl e

5、a dt od e t e r i o r a t i o no f t h es n n e E s p e c i a l l yi nc o r r o s i v e s i t e ，t h es t r e n g t ho fs o i ls t a b i l i z e db yc e m e n tw i l li n c r e a s e ，b u ta tt h es a m et i m e ，t h e s t r e n g t hw i l ld e c r e a s ed u et od e t e r i o r a t i o ni nt h eb e

6、 g i n n i n go fs t a b i l i z a t i o nT h i sp a p e r f o c u s e di ne x p e r i n a e n t a lw o r kt os t u d yt h es t r e n g t ho fs o i ls t a b i l i z e db yc e m e n ti n c o r r o s i v es i t ew h i c hi sr e p r e s e n t e db ys e aw a t e r L a b o r a t o r yt e s t sw e r ec a

7、r r i e do u tt o m e a s u r et h es t r e n g t hd i s t r i b u t i o nu s i n gm i c r oc o n ep e n e t r a t i o nt e s tA l s o ，e l e m e n t a n a l y s i st e s tu s i n gI o nC h r o m a t o g r a p h yt om e a s u r et h ed i s t r i b u t i o no f C a 2 + w i t h i nt h e s p e c i m e

8、nw e r ec o n d u c t e dT h i se x p e r i m e n t a lw o r k sc o m p a r et h ee f f e c to fs e a w a t e r p r e s s u r et ot h es t r e n g t ho fc e m e n ts t a b i l i z e d m a r i n ec l a yT w oc o n d i t i o n sw e r e p r e p a r e dT h ef i r s tc o n d i t i o n ，t w om e t e r so

9、f s e a w a t e rp r e s s u r ea p p l i e dt ot h es p e c i m e n b yu s i n gv e r t i c a lp i p ef i l l e db ys e a w a t e r , a n dt h e o t h e rs p e c i m e nh a sn op r e s s u r e a p p l i e d I ti si n d i c a t e dt h a td e t e r i o r a t i o ne x t e n dq u i c k l yu n d e rs e

10、a w a t e re n v i r o n m e n t a n dd e t e r i o r a t e dd e p t hb e c a I l l ed e e p e ra st h ei n c r e a s eo fp r e s s u r e ；a n de l e m e n t a n a l y s i ss h o w e dt h a tc a l c i u mi o nc o n c e n t r a t i o n si nd e t e r i o r a t e dp o r t i o ni sl o w e rt h a n i nN

11、O nd e t e r i o r a t e dp o r t i n n E f f e c t so fc u r i n gt i m ea n dc e m e n tc o n t e n to nd e t e r i o r a t i o no fc e m e n t - s t a b i l i z e ds o i l w h i c hf o r m e di nm a r i n es o f ts o i ls i t eo f Q i n g d a oJ i a o z h o u w a nB a yw s ss t u d i e dw i t h l

12、 a b o r a t o r ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sT h ed e t e r i o r a t e dd e p t hw a sd e f i n e da c c o r d i n gt o t h ef e a t u r e so fp e n e t r a t i o nr e s i s t a n c ea n dp e n e t r a t i o nd e p t hC u l w eR e s u l t si n d i c a t e d t h a tt h ed e t e r i o r

13、a t i o ne x p a n d e dq u i c k l yu n d e rs e a w a t e re n v i r o n m e n t ，a n dt h e d e t e r i o r a t i o nd e p t hb e c a m ed e e p e rw i t ht h ei n c r e a s i n go fc u r i n gt i m eW i t ht h e i n c r e a s i n g o fc e m e n tc o n t e n t ，t h es t r e n g t ho fc e m e n t

14、s t a b i l i z e ds o i li n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y a n dm e a n w h i l e t h ed e t e r i o r a t i o nd e p t hd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y T h e c 。n c e n t r a t i o no fC a 2 + a n dS 0 4 “i nt h ec e m e n t s t a b i l i z e ds o i lh a dat e n d e n c yo f d

15、 e c r e a s i n gu p w a r d s ，w h i l et h ec o n c e n t r a t i o no fM 9 2 + g r a d u a l l yd e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s i n go f d e p t h K e yw o r d s ：c e m e n ts t a b i l i z e ds o i l ；m a r i n ec l a y ；s e a w a t e re n v i r o n m e n t ；d e t e r i o r a t i o

16、n ； m i c r o c o n ep e n e t r a t i o nt e s t 1 引言 1 1 研究背景与意义 目录 1 研究背景 1 12 研究意义 12 国内外研究现状与分析3 12 1 国内外研究现状3 1 2 2 存在的问题及解决问题的思路与方法 7 13 研究内容与研究目标 1 0 l3 1 具体的研究内容 l O 13 2 研究目标 1 1 2 试验概况及试验方法 1 2 2 l 试验概况 2 l1 水泥 2 12 试验用土 】3 2 13 养护装置 1 3 2 14 试验装嚣 2 2 技术路线及试验方法 1 6 2 2 1 拟采取的技术路线 1 6 2 22

17、 试验方法 1 6 2 3 试验方案 3 试验结果及分析 31 水泥加固海相软土的贯入试验 1 3 2 4 十蚓对劣化深度的影响 2 4 艿1 L 深度的定义一 3 l jn 对水泥土劣化的影响2 7 。1 ，“掺量对水泥土劣化的影响3 1 ；i5 与化深度的变化规律3 2 32 水濉t 什的微观结构3 3 3 3 水泥土的化学成分分析 3 7 3 3 iC a ”浓度沿深度的变化3 7 、j2 M g 浓度沿深度的变化 3 8 333c I _ 浓度沿深度的变化 334s 0 4 2 浓度沿深度的变化3 9 335t 5 水泥掺量c 矿浓度沿深度的变化 4 1 3q ，j 、坫 4 1 4

18、结论与展望4 3 4 i f f 沦4 3 ! 特色1 _ f l 】新点“ 42 1 色， 4 4 4 22b U 新44 z 1 5 参考文献 致谢5 1 个，、简历、在学期间发表的学术论文与研究成果5 2 水泥十d 海水环境T 的劣化研究 1 引言 11 研究背景与意义 I1l 研究背景 改革开放促进了我国国民经济的飞速发展，自2 0 世纪9 0 年代以来，我国 土木工程建设发展很快。各类土木工程建设项目对地基提出了更高的要求。各 种建筑物和构筑物对地基的要求主要包括三个方面：( 1 ) 稳定问题，主要与地基 土体的抗剪强度有关，也与基础的结构、尺寸和埋深等影响因素有关。( 2 1 变形

19、 问题地基变形与土体的变形特征有关，也与基础的结构、尺寸大小等影响因 素有关。( 3 ) 渗透问题，这一问题主要与地基中水力比降和土体的渗透性高低有 关1 1 捌。 当天然地基不能满足实际工程在上述三个方面的要求时，就需要对天然地 基进行勘测，根据实际工程中的要求按照具体情况进行地基处理，使天然地基 通过处理能够达到工程要求，满足建( 构) 筑物对地基的强度、压缩性、渗透 性等各方面的要求。 水泥土搅拌法是加固饱和软黏土地基的一种成熟的方法，在我国沿海地区 得到了广泛的应用。例如青岛胶州湾海相吹填软土地基，由于这类地基含水量 高、孔隙比大、地基承载力低，而且处于海相环境中，受到海水中侵蚀性离子

20、 的侵蚀，所以需要进行人工加固。水泥土搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为 固化剂的主体，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂( 将 液状或粉体状) 强制搅拌，利用固化剂和软土之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、水稳性和一定强度的水泥加固土l I 。J 。 然而，在海相环境下加固形成的水泥土桩将长期处于海水环境中，而海水 中的可溶盐离子具有侵蚀性，对水泥土桩会产生侵蚀作用，使水泥土的强度降 低。而且许多沿海地区的工程实例也表明，在高含盐量软土地区采用的水泥土 搅拌法加固地基处理效果不是很理想，会出现强度降低、渗透性增大等劣化现 象1 8 。1 0 I 。所以有必

21、要利用室内试验，柬研究滨海相软土场地形成的水泥土的强 二J 度( 劣化) 时空分布规律以及滨海相软土场地形成的水泥土的劣化过程和劣化 机理。根据研究结果为开发出能够有效抵抗水泥土劣化韵添加剂提供参考依据。 水泥士n ：海水环境下的劣化研究 1 12 研究意义 用水泥或石灰作为固化剂来加固天然地基已被广泛应用于实际工程中，形 成的加固体可作为竖向承载的复合地基、基坑工程中的挡土墙或防渗止水帷幕、 路基或堤基工程中的大体积稳定土等，而且工程量巨大“”。然而，长期处在腐 蚀性场地中的加固体，与混凝土、钢材等建筑材料一样不可避免地受到场地中 侵蚀性离子的腐蚀，会发生强度降低、渗透性增大的劣化现象。劣化

22、的发生严 重影响加固体的使用寿命。 腐蚀性场地包括工业、农业以及生活等污染源产生的酸、碱、煤焦油、灌 溉永、垃圾渗滤液等致污物质以及海水入侵、潮汐、酸雨导致形成的场地【”I 、 海水湿排粉煤灰荒场【”“I 、垃圾填埋场、滨海沉积软土、滨海相吹填土等场地。 例如海水入侵问题，根据青岛市上世纪9 0 年代调研评价，以及2 0 0 8 2 0 1 0 年国 家海洋局第海洋研究所的野外调查，青岛地区海水入侵面积约达2 0 0k m 2 ， 而且海水入侵呈进一步发展的趋势。 在这些腐蚀性场地中形成的水泥土等加固体存在劣化问题。例如，在海水 潮汐作用区，日本发现约2 0 年前竣工的河川堤防的大体积浅层灰土

23、地基部位有 软化和泥泞化现象】。堤基由河川疏浚泥及现场土以3 0 - 4 0 k g f r a 3 的比例添加 生石灰混合而成，距离河口越近，发生漏水的地方越多，石灰加固土的劣化现 象越严重。石灰加固土的劣化不仅仅是漏水问题，而且是降低堤坝稳定性的诱 因。青岛北客站( 站场占地面积约3 0 万平方米) 场区位于以建筑垃圾和生 活垃墩为主的垃圾填埋场上，垃圾层平均厚度6 - 7 m ，最厚达1 6 m 。局部采用高 压旋喷水泥土桩进行地基处理，对于场地的腐蚀性以及水泥土桩的抗劣化措施 有必要进行研究。在海相软土场地，同本学者I k e g a m i ，M e ta l 的调查研究显 示，某大

24、体积水泥加固土2 0 年后的劣化深度达到了3 0 5 0 m m 3 13 】：采用D J M ( 粉体喷射搅拌法) 施工的水泥土桩在1 7 年后同样发现了表层强度衰减的现象 w 。 在腐蚀性场地，尤其是滨海沉积软土、滨海相吹填土等场地形成的水泥土 等加固体发生的劣化现象已被现场调查结果所证实。目前，国内外通过室内试 验研究水泥土等加固体的劣化均属于场地环境变化引起已有加固体的劣化问 水泥土往海水环境下的劣化研究 题，而对于真正意义上属于在腐蚀性场地形成的加固体的劣化问题的研究尚未 见相关研究报告1 2 0 i 。这是因为，在腐蚀性场地形成的加固体，在加固体形成的 同时即受到侵蚀性离子的作用。

25、而目前国内外研究水泥土的劣化问题采取的方 法基本上是将水泥加固体在标准环境下养护一定时间之后再将加固体置于腐蚀 性环境中浸泡，到达一定龄期后进行相关试验。水泥土具有强度随着龄期增长 的特性，尤其是水泥土在初期强度增长较快。不经标准养护即与腐蚀性环境接 触，与经过养护后与腐蚀性环境接触，二者的劣化特性截然不同。 在我国东海、黄海、渤海、南海等沿海地区的滨海沉积软土、滨海相吹填 土等工程建设中，以水泥土为代表的地基处理方法发挥着不可替代的作用。因 为水泥土搅拌法可以最大限度地利用原土，并且在搅拌的过程中不会发生振动 等效应对周围的环境和壤所造成的噪声和污染都报低。由于在施工的过程 当中不需要向场地

26、外打锚杆或锚索，所以在城市中施工时对周围建筑物和地下 管线等的影响很小，并且水泥土桩的结构形状也较为灵活，可以广泛地应用于 沿海地区的工程建设、水利防护、基坑止水帷幕以及路基改良加固等。 研究在海水环境下形成的水泥土的劣化问题具有一定的理论和实际工程意 义。本文以水泥加固青岛胶州湾海相吹填软土为研究对象，研究海相软土场地 形成的水泥土的劣化时空分布规律、水泥土的劣化过程和劣化机理。研究成果 在水泥处理滨海沉积软土、滨海相畋填土等工程中具有一定的应用前景。 1 2 国内外研究现状与分析 12 1 国内外研究现状 国内外学者针对场地环境变化引起己有加固体的劣化问题进行了大量的研 究工作，场地环境变

27、化引起的加固体劣化，主要是指酸、碱、海水等致污物质 侵入场地导致场地土质及土中水被污染场地内已有加固体受到致污物质及被 污染水、土的腐蚀而发生的劣化。主要的研究内容是原土性质、固化剂种类与 添加量、养护时间、腐蚀性环境及加固体在其中浸泡的时间等各种因素对加固 体强度的影响与影响机理。国内学者采用的研究方法及技术路线基本上是t 制 各加固体一标准养护_ 脱模一加固体整体浸泡_ 无侧限抗压强度试验及物理化 学试验口J - 3 3 。日本学者H a r a He ta l 、K i t a z u m e ，Me t8 J 采用的研究方法及 水泥土在海水环境下的劣化研究 技术路线是，制各加固体_ 养

28、护一脱模_ 加固体顶面暴露浸泡_ 微型贯入试验 及物理化学试验J 。 首先，关于外界环境对加固体强度的影响方面，国内多数学者采用了侵蚀 性离子溶液浸泡的方式研究加固体的劣化问题，采用的研究方法及技术路线基 本上是，制备加固体一养护_ ( 脱模) 加固体整体浸泡一无侧限抗压强度试验 及物理化学试验1 2 1 - 3 3 I 。得到的研究结果表明：同一种侵蚀性离子，浓度越高、 浸泡侵蚀时间越长，同一种加固体强度降低的幅度越太脚】。劣化过程与一系列 的矿物成分、化学反应，生成物质及其量、生成物质导致水泥土产生裂隙、离 子溶出使水泥土出现孔洞等有关H ”。T e r a s h i ，Me ta l1

29、 3 6 1 首先将试样在试样筒 内分别养护( 室内温度2 5 “ C ，湿度8 5 ) 2 小时和2 4 小时后脱模。脱模后分 别在三种环境下养护，即标准养护( 用塑料袋密封试样放入温度为2 0 、湿度 9 5 的恒温恒湿箱内) 、粘土养护( 含水量是1 2 0 的川崎粘土) 和海水养护， 养护时间最长均为7 3 0 天。对达到养护时间的试样实施无侧限抗压强度试验， 结果显示，养护2 4 小时脱模后放入三种环境下继续养护的试样，在同一龄期时， 其无侧限抗压强度分别大于养护2 小时的相应的试样；养护2 小时和2 4 小时脱 模后放入三种环境后，试样的强度均呈随龄期先增加后降低的趋势，海水环境

30、下强度在2 8 天左右、粘土环境和标准养护强度在1 8 0 天左右达到最大，海水环 境下强度增加幅度最小、降低幅度最大，标准养护强度增加幅度最大、降低幅 度最小，粘土环境居中。S a i t o u , S 的研究结果表明，水泥掺入量越低，劣化深 度越深，海水养护条件下劣化深度较粘土养护时的劣化深度大1 3 】。H a r a , He l a 1 t 2 1 实施的微型贯入试验( 圆锥探头直径6 r a m ，顶角6 0 。) 结果表明，灰土是 从与海水接触面开始依次向试样深部发展的，与海水接触时间越长、海水的浓 度越高，悬液的p H 值降低幅度越大、灰土的C E + 溶出量越大，相应地M

31、9 2 + 增 加、劣化深度也越深。S a i t o h , S 吼I k e g a m i Me ta l 13 1 、T e r a s h i M e ta l 3 6 1 的室内试验和现场测试也表明水泥土发生了C a 2 + 淋溶现象，其实质是加固体的 水泥水化产物溶解，c a 2 + 从加固体中扩散到其周围环境，导致加固体表层劣化， 同时其孔隙率增加p 】。K i t a z u m e ，Me ta l 的微型贯入试验结果表明，暴露在自来 水和海水环境中的水泥土随着暴露时问的增加，从试样表面向内部逐渐发生劣 化，而粘土环境中的水泥土试样没有发生明显的劣化现象1 3 4 】。通过

32、无侧限抗压 羔堡! ! ：塑羔堡茎! 堕茎些业堑 强度试验得出了轻量处理土经海水浸泡后强度降低的结果 J 5 - 3 7 l 。 其次关于劣化过程方面，我国学者张土乔【“l 详细分析了硫酸盐、镁盐及 氯化盐对水泥土的化学作用及反应方程式。宁宝宽等f 2 M ”通过室内试验，根据 水泥土的力学特征，探讨了不同化学溶液、不同浓度以及不同n H 值等对水泥 土的侵蚀效应。试验结果表明水泥土的力学性质受n H 值的变化影响显著，酸 性环境下水泥土的强度降低，溶液浓度越高，水泥土强度降低越明显，碱性环 境对水泥土的强度有促进作用。从水泥土的劣化机理分析看，水泥土在环境侵 蚀下所表现出的力学性质主要是水泥

33、发生水化及火山扶反应，生成物与粘土颖 粒在酸、碱和不同化学溶液中与离子发生了一系列物理一化学反应，生成物体积 膨胀，水泥土内部产生裂隙并逐步向内部扩展导致的结果。研究认为，水泥土 强度改变与环境中的M 矿+ 浓度和S 0 4 2 浓度密切相关2 ”。 储城富等 9 3 8 1 通过舍盐量对水泥土强度影响的室内试验毋究表明，影响水 泥土强度的离子主要是C a 2 + 、M g 斗、C I 、S 0 4 2 - 和H C 0 3 。等。这些离子对水泥 的水解及水化反应产生了很大的影响。水泥土所处的环境中含有硫酸盐时， s 0 4 2 。与水泥土中的钙离子发生反应，生成石膏C a S 0 4 2 H

34、 2 0 ，石膏在水泥土孔 隙中会发生结晶现象，破坏原有的结构使水泥土的强度降低。另外，石膏与水 泥的水化产物水化铝酸钙发生反应，生成三硫型水化硫铝酸钙，同样导致水泥 土体积膨胀，使水泥土的强度降低。三硫型水化硫铝酸钙有利于土体结构的固 化作用和团粒化作用，所以硫酸盐对于水泥土的固化有双向促进作用。 当水泥土所处环境中含有较多的镁盐时，主要为硫酸镁M g S 0 4 和氯化镁 M g C l 2 ，这些镁盐会与水泥的水化产物氢氧化钙C a ( O H ) 2 发生反应，生成氢氧 化镁胶体，使水泥土的强度降低，其化学反应方程式如下： C a ( O H ) 2 + M g S 0 42 H 2

35、0 = C a S 0 42 H 2 0 + M g ( O H ) 2 C a ( O H ) 2 + M g C l2 2 C a C l 2 + M g ( O H ) 2 在生成物中，氯化钙C a C l2 易溶于水，而镁盐本身发生反应所生成的氢氧 化镁胶体则将进一步降低水泥土的强度发生镁盐双重侵蚀作用，造成水泥土 结构的破坏，进而使水泥土的强度降低。因此，镁盐对水泥土的侵蚀程度不仅 受M 9 2 t 的浓度影响还与环境中的硫酸根离子的含量有关。 水泥t 在海水环境下的劣化研究 若水泥土所处的环境中氯离子较多时，氧离子与钙离子发生反应生成易 溶于水的氯化钙，使钙离子从水泥土中溶出，降低

36、水泥土的强度。另一方面， 氯离子能提高硫铝酸钙的溶解度，阻碍结晶的生成，避免水泥土孔隙的膨胀， 从而降低结晶的破坏作用。 已有的试验研究表明，水泥加固粘土时，掺入适量的氢氧化钠可以提高水 泥土的强度。为了防止高含盐量对水泥土产生的结晶破坏作用，工程中采取了 用粉煤灰作为外加剂来提高水泥土的强度的方法。由于粉煤扶的主要成分s i 0 2 和A I O ，与C a ( O H ) 2 发生反应即火山灰反应，生成物为水化硅酸钙和水化铝酸钙 等，大大提高了水泥土的强度。首先，火山灰反应降低了C a ( O H ) 2 的浓度，有 利于钙矾石的生长从而提高了水泥土的强度；其次，水化硅酸钙的增加相当 于增

37、加了晶体矿物之间的胶凝作用，有利于水泥土强度的增长：再次，水化铝 酸钙可进一步和硫酸盐发生反应，生成钙矾石：而且在加入粉煤灰之后- 降低 了C a ( O H ) 2 的浓度，从而大大减少了石膏的生成避免了石膏与水泥杆菌的膨 胀所带来的破坏作用。另外，粉煤灰的微珠效应，可以改变水泥土的流变性质， 使振动粘度系数减小，水泥加固土更易于拌匀、密实，降低了水泥加固土的孔 隙。试验表明，掺入适量的粉煤灰作为外掺剂可以提高水泥土的强度，大大抑 制了高含赫量对水泥土产生的破甥= 作用，取得了较好的经济效益。 赵永强等1 2 9 】认为酸对水泥土的侵蚀破坏首先是在表层破坏，通过对表层的 侵蚀，产生裂纹，然后

38、沿着孔隙或裂纹侵入，并与周围的水化产物C a ( O h D 2 发 生反应生成具有膨胀性的化合物，产生内应力，使裂纹扩大，使得水泥土发 生破坏。赵永强等1 3 0 】通过不同龄期的水泥土在不同硫酸环境下的浸泡试验，得 出了随着腐蚀时间的增长腐蚀环境的p H 值增大，s O 。质量浓度呈下降趋势的 结果。张昆等I ”】和苗佳丽等1 3 1 】对比研究了水泥加固粉煤耿试样在海水和自来水 环境下的强度增长规律。研究结果认为，矿渣硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥、 干粉煤扶与湿排粉煤灰、海水环境与自来水环境等不同组合形成的水泥粉煤扶 具有不同的强度增长规律，而这些规律均与一系列的矿物成分、化学反应、生 成

39、物质及其量有关t 如S i 0 2 、A 1 2 0 3 、C I + 、S 0 4 。、M g 计、M g ( O H ) 2 、C a C l 2 、C a ( O H ) 2 、 J 、c 硅酸钙( c s H ) 、水化铝酸钙( c - A - H ) 、针状钙矾石晶体等。 H a r a ，He ta l 【”1 的研究结果表明，灰土劣化是从与海水接触面丌始依次向 水泥十赴海水环境下的劣化研究 深部发展的，悬液的p H 值降低幅度越大、灰土的c r + 溶出量越大，相应地M 9 2 + 浓度增加、劣化深度也越深。其他只本学者T c r a s h i Mc ta lI “】、S a

40、i t o h S 【3 I 、 K i t a z u m e Me ta l 】、H a y a s h i ，H e ta l 、l k e g a m i ，M e ta 1 1 1 3 的室内试验和现场 测试均表明水泥土发生了c 一+ 淋溶现象，其实质是加固体的水泥水化产物溶解， c a 2 + 从加固体中扩散到其周围环境，导致加固体表层劣化，同时其孔隙率增加 吼佐贺大学的林重德等人I ”1 通过研究海水环境下石扶加固土的基本性质的变 化，推测海水的成分会影响加固体的结构，产生新的反应物，并且使石灰加固 土中的结晶水含量发生了变化：石扶加固土越接近试样的表层部分，c a 2 + 浓度

41、 越低，M 9 2 + 浓度越高iN a + 的浓度沿深度方向没有大的变化，即使短时问养护， 海水中的N r 也侵入到了试样深部的5 0 m m 处。水泥土劣化是从与海水接触面 丌始依次向深部发展的，海水浸泡时间越长、浸泡海水浓度越高、水泥土的c a 2 + 浓度和p H 值降低幅度越大，劣化深度也越深，而且C 2 + 即使析出，依然保留 着水泥水化等反应的胶结作用所产生的结构。T e r a s h i ，Mc ta 1 p 6 1 的试验结果也表 明水泥加固土的渗透性随水泥掺入量的增加而减小。一般而言，因水泥的水化 和火山灰反应，生成了具有一定结构的胶凝产物，产物的形成不仅填充了水泥 土颗

42、粒问的孔隙，使水泥土的孔隙变小，而且加强了颗粒间的胶结作用，使水 泥土的整体性提高，渗透性降低。 有关原土的腐蚀性对加固体强度及加固机理的影响等研究“- 5 ：1 ，其一般的 研究方法及技术路线是，制备加固体_ 养护_ ( 脱模) 无侧限抗压强度试验及 物理化学试验，因为在加固体养护的过程中或养护后没有外界腐蚀性环境的介 入所以不属于由于外界环境的影响导致的加固体劣化的范畴。 122 存在的问题及解决问题的思路与方法 ( 1 1 影响因素。影响加固体劣化的因素有内因和外因，内因是影响加固体 强度的因素，包括：原土性质、固化剂种类与强度等级及掺入比、水扶比、加 固体自重应力状态、施工工艺等；外因

43、是外界环境因素有侵蚀性离子种类及 浓度、温度及温度循环变化、加固体受到的有效土压力和孔隙水压力等：而时 间这一因素可以看成是内因也可以看成是外因，从水泥土强度增长的角度，可 以称为龄期从劣化的角度看，则表示水泥土与侵蚀性介质接触的时间长短， 是水泥土强度降低的因素，研究腐蚀性场地形成的加固体的劣化，应在加固体 水泥士在海水环境T 的劣化研究 形成后立即将其置于腐蚀性环境中养护，因此，可以将这两个时间因素看成是 同一个，称之为养护时间。 研究在腐蚀性场地形成的加固体的劣化问题，应不经养护直接将加固体与 腐蚀性环境接触。水泥土具有强度随着龄期增长的特性，尤其是水泥土在初期 强度增长较快。不经标准养

44、护即与腐蚀性环境接触，与经过养护后与腐蚀性环 境接触，二者的劣化特性截然不同。作者1 2 0 通过开发一种能够近似模拟加固体 形成环境的养护装置，来达到模拟现场情况的目的。在试样筒中制作加固体后 立即将试样筒连同加固体置于养护筒中，并且只允许加固体顶面与腐蚀性环境 接触，达到一定龄期后实施微型贯入试验、扫描电镜及化学成分分析试验。 ( 2 ) 劣化的时空分布。经侵蚀性离子溶液整体浸泡后的加固体，是浅层与 深层强度不等的非均质试样，所以，无侧限抗压强度试验得到的浸泡后加固体 的强度是平均强度，而劣化深度与劣化快慢不因试样大小而发生改变，因此， 无侧限抗压强度试验测得的强度降低幅度与试样的尺寸有关

45、，试样越大强度降 低幅度越小，采用无侧限抗压强度试验评价水泥土劣化程度的方法不尽合理。 H a r a , H e ta l 和K i t a z u m e ，Me ta l 对水泥土试样采用微型贯入试验，根据贯入阻 力沿水泥土试样深度方向的变化规律得到劣化深度，不同龄期的水泥土试样的 劣化深度显示了劣化的时空分布情况【3 4 j 6 州。 ( 3 ) 劣化过程。针对场地环境变化引起已有加固体的劣化问题的研究表明 加固体的劣化是从与侵蚀性介质接触面开始依次向深部发展的。虽然在加固体 表面不同的加固体与不同的侵蚀性介质发生了不同的反应但是可以说，C a 2 + 的析出、物理化学反应是导致加固体

46、劣化的直接原因。物理化学反应生成物使 加固体的体积膨胀，导致水泥土内部产生裂隙并逐步向深部扩展，然后侵蚀性 离子沿着孔隙或裂隙侵入，逐步导致加固体的劣化。处在地基中的加固体由于 受到周围的压力及白重的作用，对膨胀有一定的抑制作用，而浸泡试验得到的 劣他现象是水泥土试样在脱模后没有围压的约束自由膨胀的条件下发生的。而 且t 水泥土内部均匀分布的结晶膨胀也可能具有充填孔隙提高水泥土的强度的 作用口J 。另一方面加固体的水泥水化产物溶解，产生c a 计析出现象，导致加 固体表层劣化，同时其孔隙率增加。因为水泥土的劣化是随时间由表层不断向 内部发展的t 所以，这一劣化过程可能也与劣化导致水泥土孔隙率增

47、大有关。 水泥土在海水环境下的劣化研究 侵蚀性介质在与水泥土表面接触时，很难在短时间内渗入其内部，但是一旦发 生劣化，其孔隙率增大，侵蚀性离子通过劣化部分的孔隙到达未劣化部分，并 与未劣化部分的表面接触，使其发生劣化。由于劣化是缓慢的过程，所以劣化 是侵蚀性离子不断与不同龄期的加固体发生物理化学反应的结果。 腐蚀性场地形成的水泥土等加固体的劣化过程分析如下： 侵蚀性介质与加固体表面接触由于滨海相软土形成的水泥土的渗透性 小，侵蚀性介质在短时问内很难渗入到水泥土内部，所以，可以认为开始时侵 蚀性介质只在水泥土表面与水泥土接触并与其发生物理化学反应。 在接触面处侵蚀性介质与加固体发生物理化学反应导

48、致加固体的表层 劣化。 加固体表层发生劣化后，其强度降低的同时孔隙率增大，侵蚀性介质得 以渗入劣化部分与末劣化部分接触。 侵蚀性介质与深层的未劣化加固体表面接触，发生新的物理化学反应而 导致这部分加固体劣化。所以，劣化是侵蚀性离子与不同龄期的加固体发生物 理化学反应的结果。 如此表面接触一物理化学反应一表面接触的循环反复，使得加固体的劣 化由表及里，劣化随时侧向水泥土深部发展。 ( 4 ) 海水环境。K i t a z u m e ，Me ta l 【”1 的试验结果表明，暴露在自来水和海水 环境中的水泥土试样随着暴露时间的增加，从试样表面至试样内部逐渐发生了 劣化，但是，暴露在粘土环境中的水泥土试样没有发生明显的劣化现象。因此， 有必要首先研究在海水单独作用下的劣化问题。单一的海水试验条件更容易控 制，易于阐明水泥土的劣化机理。 f 5 ) 固化剂的选择。水泥是地基处理工程中最常用的商品固化剂：工程实 践中常选用抗硫酸盐水泥或矿渣硅酸盐水混作为降低海水对承泥土腐蚀程度的 措施，但是抗硫