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岩土研究院

​水泥土桩的作用机理及固化原理

344 2022-04-14 09:15:13

水泥土桩的作用机理

水泥土桩是水泥或水泥系固化材料与土混合形成的桩.由于土质的不同.其固化机理也有差别。用于砂性土时,水泥土的固化原理类同于建筑上常用的水泥砂浆,具有很高的强度,固化时间也相对较短。用于粘性土时,由于水泥掺量有限(7%~20%)。且粘粒具有很大的比表面积并含有一定的活性物质,所以固化机理比较复杂,硬化速度也比较缓慢。

水泥土桩作成块体用来挡土隔水或直接用作建筑物的地基或基础等,主要考虑混合体本身的固化机理,作为复合地基处理时,尚要涉及桩间土力学性质的变化。

一、水泥土的固化原理

(一)水泥的水解和水化反应

水泥的主要成分有氧化硅、氧化钙、氧化铝。还有氧化铁、氧化硫等。这些氧化物分别组成不同的水泥矿物,有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。上述水泥矿物和水化合后,产生水解和水化反应,生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁铝酸钙等化合物。

其主要反应通式归纳为;

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(二)离子交换团粒化作用

粘土作为一个多相散布系。和水结合时就表现出一般的胶体特征。土中含量最高的SiO2遇水后,形成硅酸胶体微粒,其表面带有钠离子Nat或钾离子K+,它们能和水泥水化生成的Ca(OHD),中的钙离子 Ca++进行当量吸附交换,使较小的土颗粒形成较大的团粒,从而使土的强度提高。

水泥水化物的凝胶粒子的比表面积比原来水泥颗粒大 1000倍左右。因而产生很大的表面能,有强烈的吸附活性,能使较大的土团粒进步结合起来,形成水泥土的团粒结构,并封闭各土团之间的空隙,形成坚固的连结。从宏观上来看,可使水泥土的强度进一步提高。

(三)凝硬反应

随着水泥水化反应的深入,溶液中析出大量的钙离子,当其数量超过上述离子交换的需要量后。则在碱性环境中,能使组成粘土矿物的二氧化硅、三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应。生成不溶于水的稳定的结晶化合物。其反应通式为;

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这些新生的化合物在水中和空气中逐渐硬化,增大了水泥土强度,而且由于其结构致密,水分不易侵人,从而使水泥土具有足够的水稳性。

至于碳酸化反应,由于土中 CO2的含量很少,且反应缓慢,其固化效果不予考虑。

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