污染環境對水泥土力學性能影響研究

王 妍 趙國榮

(中航勘察設計研究院有限公司，北京 100098)

1 概述

水泥土攪拌樁利用機械將水泥固化劑與地基土強制攪拌，使軟土地基與水泥土相互作用，從而硬結成具有水穩定性、整體性和一定強度的樁體[1]。水泥土是地基土與水泥固化劑中的物質成分發生物理化學反應，從而形成的復合體，水泥土可提高地基土的抗壓強度與土體的抗滲性，減少地基土的變形[2]。

水泥土攪拌樁具有施工方法簡便、性能良好，而且其取材廣泛、工程造價低、施工過程中無振動和噪聲、對周圍建筑物無有害影響等優點[3]，使水泥土攪拌樁施工工藝廣泛的應用在地基加固、公路基層處理等業務領域[4]，取得了顯著的社會和經濟效益[5]。

而在實際工程中水泥土常常處于海水、生活污水、礦井水、工廠廢水等被污染的環境之中。在這些侵蝕環境之下，水泥土的變形特征、承載能力、力學性能和耐久性等性能都會受到影響[6-8]。

因此在工程的設計和施工時都要考慮到這方面的變化。本文通過室內模型試驗，考慮不同的侵蝕環境對水泥土力學性能的影響，得出水泥土無側限抗壓強度的變化規律，為優化設計提供理論依據。

2 實驗材料

水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，土樣選自徐州市某工地的粉土，其主要物理力學性質指標見表1。

表1 土樣的物理指標

對取樣粉土采用顆粒分析實驗，當顆粒粒徑大于0.075 mm時運用“篩分法”，當顆粒粒徑小于0.075 mm時運用“密度計法”，分析得出取樣粉土的顆粒組成含量見表2。

3 試塊的配置

表2 粉土的顆粒組成

本次實驗所采用的水灰比為0.5，水泥滲入比為20%，將實驗采用的MgSO4,NaOH,NaCl三種侵蝕溶液分成五檔的不同濃度，五檔濃度分別為1.5 g/L,4.5 g/L,9.0 g/L,18 g/L,22.5 g/L。

首先，將五檔不同濃度的侵蝕溶液、取樣粉土以及普通硅酸鹽水泥充分混合，放在(7.07×7.07×7.07)cm3的標準模具中，隨后放在振動臺上振動1 min，將表面抹平，靜置24 h后，將試塊脫模放入標準養護箱中進行養護。

4 無側限抗壓強度

水泥土試塊在標準養護箱中養護7 d,14 d,28 d,60 d,90 d后，對水泥土試塊進行無側限抗壓強度實驗，通過實驗，獲得應力—應變曲線以及最大抗壓強度值。

試塊的抗壓強度值是3個平行試塊測定值的算數平均值，當試塊的測定值與平均值差超過15%時，則剔除該試塊的測定值，按余下試塊的測定值計算平均值。圖1，圖2為本次實驗所用儀器和設備。

4.1 MgSO4水泥污染土試塊

水泥土試塊的強度來源主要包括兩個方面，一方面是水泥水化產物(CSH)之間的相互膠結產生的作用。另一方面是因為水泥水化產生的Ca(OH)2與土中的活性物質發生反應，產生水化物的膠結作用，其中水泥水化產物(CSH)之間的相互膠結產生的作用是強度的主要來源。

4.2 NaOH水泥污染土試塊

前期高濃度的NaOH水泥污染土試塊的抗壓強度大于低濃度，主要是因為NaOH使得水泥污染土中的化學組分Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O更具穩定性，另外NaOH與水泥污染土中的某些化學組分發生反應，促使水泥加速水化，增加水泥污染土的密實度。然而隨著養護齡期的增大NaOH水泥污染土試塊的抗壓強度有降低趨勢，那是因為OH-長期對試塊的侵蝕作用，如圖4所示。

4.3 NaCl水泥污染土試塊

隨著NaCl濃度的增高，水泥污染土試塊抗壓強度出現先增高后降低的趨勢，主要是因為隨著侵蝕性Cl-濃度的增高，它對試塊抗壓強度負面影響就越來越明顯，見圖5。

5 結語

1)低濃度的Cl-對于前期水泥污染土試塊的抗壓強度有一定的促進作用，但是隨著濃度的增高這種效果越來越不明顯，甚至低于水泥污染土試塊的抗壓強度。

2)前期隨著OH-濃度的增大，水泥污染土試塊抗壓強度就越來越大，但是隨著養護齡期的增大，OH-對于水泥污染土試塊的侵蝕性就越來越明顯，導致水泥污染土試塊抗壓強度的降低。

4)不同濃度的MgSO4水泥污染土試塊抗壓強度普遍高于水泥土試塊抗壓強度，NaOH,NaCl水泥污染土試塊的抗壓強度出現先增大后減小的趨勢，而且部分濃度的水泥污染土試塊抗壓強度已經低于水泥土試塊抗壓強度。

參考文獻:

[1] 寧寶寬，劉 斌，陳四利.環境侵蝕對水泥土承載力影響的實驗及分析[J].東北大學學報，2005，1(1)：209-302.

[2] 焦志斌，劉漢龍，蔡正銀.淤泥質酸性土水泥土強度實驗研究[J].巖土力學，2005，5(sup)：57-60.

[3] 劉曉丹.水泥土攪拌樁支護結構設計與施工技術[J].江西建材，2010，1(110)：86-87.

[4] 王 燕.水泥土攪拌樁復合地基的分析與工程應用研究[D].天津：天津大學，2008.

[5] 王紅波，劉智榮.水泥土深層攪拌樁施工質量的監理監控[J].陜西建筑，2009，10(172)：66-67.

[6] 成小娟，朱倩倩，黃 鳳，等.化學工業污水處理綜述[J].廣東化工，2010，37(5)：152-154.

[7] 呂后魯，劉德啟.工業廢水處理技術綜述[J].石油化工環境保護，2006，29(4)：15-19.

[8] 楊志勇.工業廢水處理方法及研究進展[J].科技經濟市場，2011(2)：14-16.