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岩土研究院

水泥粉体喷射搅拌加固机理

316 2022-03-11 09:45:17

粉体喷射搅拌常用的固化剂有水泥粉体、生石灰和消石灰,也有掺入粉化灰、石膏等外加剂的。粉体固化剂与原状土搅拌混合后,使地基土和固化剂发生一系列物理化学反应,生成稳定的水泥土或石灰土。用水泥粉体作固化剂加固软土地基与用水泥浆作固化剂加固原理基本相同,只是用水泥粉体作固化剂,水化反应放热直接在地基土中,使水分蒸发和吸收水分的能力提高。

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9.2.2 石灰粉体喷射搅拌加固机理

一、石灰的吸水作用

在软弱地基中加入生石灰,它便和土中的水分发生化学反应,形成熟石灰。反应式如下

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在这一反应中,有相当于生石灰重量的32%的水分被吸收。在石灰粉体喷射形成的桩体中的吸水量包括两部分;一部分是CaO水化所需的吸水量,另一部分是水化作用的水化产物Ca(OH),的孔隙吸水量,即水化形成的Ca(OH)2不含水,因此继续从四周土中吸取水分,贮存在桩体孔隙中。一般来说,总吸水量越大,桩间土的改善也越好。

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二、石灰的发热

生石灰水化时,在形成熟石灰时释放出大量的反应热,每一摩尔产生 15.6kcal 的热量,通过1kg 的 CaO的水化作用,能发出 280kcal的热量,这种热量又促进了水分的蒸发,从而使相当于生石灰重量47%的水蒸发掉。也就是说。生石灰在形成熟石灰时土中总共减少了相当于生石灰重量 79%的水分。这有利于降低桩间土的含水量,促进桩间土强度提高。

三、石灰的吸水膨胀

在生石灰水化消解反应生成熟石灰的过程中,CaO变成 Ca(OH),。在理论上石灰体积约

增加1倍到2倍。石灰的膨胀压力犹如对土体的侧向挤压,使非饱和土挤密,使饱和土排水固结。石灰的膨胀对周围土产生的挤压力,其大小与生石灰中有效钙的含量、石灰粉喷桩体所受的约束力的大小和方向、喷灰量和生石灰的水化速度等有关。

四、离子交换作用与土粒的凝聚作用

粘土颗粒表面带有负电荷.并在周围形成申场,吸附孔隙水中的定向水分子和游离阳离子,形成结合水膜。粘性土孔隙水中以一价钠离子为多,生石灰刚变成熟石灰时,它处于完全干燥状态,有很强的吸水能力,这种吸水作用持续到与周围土平衡为止,进一步降低了周围土中的含水量。在这种状态下,其化学反应式如下

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利用石灰固化处理地基的作用,分为形成熟石灰快速反应的前半过程与形成熟石灰以后缓慢的后半过程。

地基土掺加一定数量的生石灰后,所产生的高温和高 pH值(可超过12),促进了土中的化学反应。