复合水泥土强度特性研究综述

杨 静 陶永靖

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

水泥土中水泥作为固化剂，与水反应，从而起到加固土体的作用。由于水泥土较混凝土造价低、抗渗性好、耐久性强，而且其抗压强度、抗剪强度、变形模量等指标均优于素土，所以在建筑行业得到广泛应用，主要用于护坡、地基处理、有防渗要求的部位等。但其强度较低，变形较大，为了提高其工程性质，出现了复合水泥土，比如:纤维水泥土、粉煤灰水泥土、纤维粉煤灰水泥土、橡胶水泥土、纳米水泥土、水泥二灰土(粉煤灰和石灰)、矿渣水泥土等。

根据目前复合水泥土强度的研究现状，首先阐述复合水泥土强度影响因素，然后进行对比分析，最后提出结论。对于研究新型复合水泥土具有一定的参考作用。

1 几种典型的复合水泥土

复合水泥土中强度的主要来源是水和水泥的水化反应，生成胶凝物质，产生粘聚力，使结构更加密实。研究表明，随着水泥掺量、龄期的增加，复合水泥土的强度增加。

1.1 纤维水泥土

在水泥土中加入纤维材料，相当于加入钢筋，可以改善水泥土的性能。由于玻璃纤维的抗拉强度大，延伸率低，试验中采用的纤维均采用耐碱玻璃纤维。

在一定范围内，水泥土的强度随玻璃纤维质量分数的增加而增加，且存在最优质量分数为0.2%(见图1)。玻璃纤维长度的增加可以提高水泥土的抗压强度(见图2)［1］。在一定范围内，随着纤维质量分数的增加，可以提高水泥土的抗拉和抗折强度［2］。

图1 玻璃纤维质量分数对水泥土抗压强度的影响

图2 玻璃纤维长度对水泥土抗压强度的影响

1.2 粉煤灰水泥土

粉煤灰具有填充效应、水化效应、形态效应［3］，且价格低廉，将粉煤灰加入到水泥土中可以填充水泥土之间的空隙，增加水泥土的密实度，在一定的条件下，粉煤灰还可以参加水化反应，提高水泥土的强度。

水泥土的抗压强度随粉煤灰掺量的增大而增大［4］。掺入过量的粉煤灰，会降低水泥土强度［5］。

1.3 玻璃纤维粉煤灰水泥土

影响玻璃纤维粉煤灰水泥土强度的主要因素有:水泥掺量，粉煤灰掺量，玻璃纤维掺量，龄期。在各个影响因素中，水泥掺量和龄期对其的影响最大，粉煤灰掺量次之，玻璃纤维掺量最弱［3］。

在一定范围内水泥土抗压强度随粉煤灰掺量的增加而增大，最优粉煤灰掺量为8%(见图3)。由图4可知，在一定范围内水泥土抗压强度随玻璃纤维掺量的增加而增大，最优玻璃纤维掺量为 0.07%［3］。

图3 粉煤灰掺量对水泥土抗压强度的影响

图4 玻璃纤维掺量对水泥土抗压强度的影响

1.4 橡胶水泥土

水泥土的抗压强度随橡胶粉掺量的增加而降低(见图5)［6］。水泥土的动强度随围压、置换率的增大而增大，随着橡胶掺入比的增大而减小［7］。

图5 橡胶粉掺量对水泥土抗压强度的影响

1.5 纳米水泥土

目前，应用于水泥土的纳米材料主要有纳米SiO2-x，Al2O3，TiO2等。

影响纳米水泥土强度的因素主要有:水泥掺量、纳米材料的类型、纳米材料掺量、龄期、水灰比、含水量等。其中，水泥掺入比、土的含水量、纳米材料掺入比三者对纳米水泥土的强度影响逐渐减弱。以纳米铝水泥土为例，在一定范围内，水泥土的强度随纳米铝掺量的增加而增大，最佳掺量为7.5‰，纳米SiO2-x可大幅度提高水泥土强度，纳米TiO2则降低水泥土强度［8］。围压对水泥土强度的影响大于水灰比，随围压的增大纳米硅水泥土的抗压强度增大，并提出存在最佳水灰比［9］。

综上所述，为提高水泥土强度，加入的外掺剂的作用有:第一，作为加筋材料，比如纤维。第二，作为填充材料，填充水泥土之间的空隙，提高水泥土的密实度。比如粉煤灰，纳米材料。第三，作为反应材料，参与化学反应，生成不溶于水的物质，提高水泥土的强度。比如粉煤灰、纳米材料。第四，作为催化剂，加速水化反应，比如纳米材料。

2 复合水泥土对比

复合水泥土中的玻璃纤维、粉煤灰、橡胶粉、纳米材料等统称为水泥土的外掺剂，当在水泥土材料中加入外掺剂时，会影响水泥土强度。

2.1 玻璃纤维水泥土和玻璃纤维粉煤灰水泥土的对比

由表1可知，粉煤灰的加入使最优纤维掺量发生了变化，纤维掺量对纤维粉煤灰水泥土强度的影响比纤维水泥土小。粉煤灰的加入使纤维水泥土的前期强度增长较快。

表1 纤维水泥土和纤维粉煤灰水泥土对比

2.2 粉煤灰水泥土和纤维粉煤灰水泥土的对比

纤维粉煤灰水泥土中存在最优粉煤灰掺量，而粉煤灰水泥土在20%以内，随着粉煤灰掺量的增加而强度增加。随着龄期的增大，纤维粉煤灰水泥土对强度的影响较明显(见表2)。

表2 粉煤灰水泥土和纤维粉煤灰水泥土对比

2.3 纳米水泥土之间的对比

根据纳米材料的不同，形成不同的复合水泥土，最常用的纳米材料为纳米铝和纳米硅。由表3可知，纳米硅和纳米铝均可以提高水泥土的强度，但是纳米硅比纳米铝提高的幅度大，随着龄期的增大，纳米水泥土的强度均增大。

表3 纳米硅水泥土和纳米铝水泥土对比

表1～表3中数据来自不同的文献，由于水泥掺量和标号、龄期、土种类等因素不同，结果差异较大，仅供参考。

3 结语

复合水泥土的研究是在前人研究的基础上，不断探索得到的成果，目前所研究的纳米材料仍然有限。

对于目前复合水泥土的研究提出以下几点建议:第一，目前的研究层面较浅，不够全面。如对复合水泥土的渗透特性、剪切特性、耐久性等其他性质研究不足。第二，通过宏观试验和微观试验观察复合水泥土中各个成分的影响效果，得到准确客观的作用机理，并考虑可否与其他材料结合，形成新型复合水泥土。第三，将研究成果推广到其他行业中，以满足更多行业需求。目前，关于复合水泥土的研究仍具有重要意义。

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