国内水泥土研究现状综述

孟乐乐 姜毓恺 李鑫 付宇 马涛

摘要：水泥土是边坡加固、地基改良、截水防渗、基坑支护和注浆等工程中的重要材料，改善水泥土的性质、提高水泥土的强度能有效提高工程效率，降低施工成本与增强工程实际效果。本文通过对近年来国内的水泥土强度研究的文献的综合分析，探讨各因素对水泥土强度的影响程度和常用的或是新型的具体试验方法，总结出国内水泥土强度试验的研究现状，期望能为国内后续的水泥土研究试验提供理论支撑。

关键词：水泥土；水泥土强度；水泥土研究现状

1引言

水泥土是以土料为主要骨料，以硅酸盐水泥为胶凝材料、以水为反应媒介，三者按一定配比经拌合、压实和养护后得到的具备一定强度与稳定性的混合物。

水泥土的原料来源广，价格较经济，凝结硬化慢，抗腐蚀性强，抗弯与抗剪性能相对较弱，国内研究者通过改善固化剂、改变土样状态、调整水泥土龄期等多种方式改进水泥土材料的抗压强度，提高水泥土材料性能。

由于上述特性，水泥土在边坡加固、地基改良、截水防渗、基坑支护和注浆等工程中均發挥了重要作用。其中用于处理软土地基的水泥土搅拌桩，以水泥为固化剂，搅拌桩机将水泥浆喷射后高速搅拌，使软土硬化从而提高地基承载力，它兼具水泥掺量可调，布桩形式灵活多样，工期短以及造价低等多重优点。近几年水泥土搅拌桩的施工工艺在传统工法基础上存在较大发展，通过提高水泥土性能改善水泥土强度的有关研究也日益丰富。

本文主要以水泥土为研究对象，分析水泥土无侧限抗压强度的影响因素，涵盖水泥掺量、养护龄期、土样状态、固化剂种类及含量等对水泥土强度影响的研究内容，综合论述近年来国内的相关研究，分析探讨各因素影响程度和具体试验方法，以期为国内后续的水泥土强度研究提供理论支持。

2国内研究现状

2.1国内研究概况

对于水泥土抗压强度的试验研究，国内研究人员己做出大量努力和尝试，根据相关资料，简要论述并分析目前进行过的有关试验。

杨爱武等（2007）采用天津滨海新区海积软土，进行原状土的室内试验，探究水泥掺量、NaOH外加剂对水泥土无侧限抗压强度的作用；

阮锦楼等（2009）采用现场取样进行室内配合比试验，探究水泥掺量以及龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响；

张鹏远等（2014）采用河套平原的普通粉质粘土，探究含砂量及阴性聚丙烯酰胺对纤维水泥土的无侧限抗压强度的影响；

姚贤华等（2016）采用新郑市南水北调工程某地基处砂质粉土进行室内试验，探究水泥掺量、龄期、水泥品种及养护条件对水泥土无侧限抗压强度的影响；

2.2国内研究方法

影响水泥土强度的因素众多，其中主要因素包括水泥掺量、水泥性质、龄期、土质、养护条件、初始含水率和密实度等。目前对这些因素的分析研究都比较全面，做出很多有价值的研究成果。

国内外众多研究学者对水泥土的变形性能和抗压强度进行了大量的实验研究。

杨爱武等通过不同养护条件下NaOH含量的改变，对天津地区海积软土强度提高进行试验研究。研究发现，同龄期试验前养护时浸水的无侧限抗压强度比不浸水的无侧限抗压强度低，且随着时间的增长，试验前浸水的水泥土无侧限抗压强度增加趋势大，而试验前不浸水的水泥土无侧限抗压强度增加趋势小，当水泥含量超过18%以后，强度增加趋势不明显。NaOH是水泥土外加剂的一种理想的选择，试验表明，其掺量不宜超过1%，最佳在0.5%～0.8%之间，且碱性条件下，有助于提高水泥土强度。

阮锦楼[2]通过向碾碎的土样中加入不同质量的水泥，按土样与水泥总质量的30%）Jll水，经标准养护不同龄期后，进行无侧限抗压强度试验，得出水泥土的无侧限抗压强度随着水泥掺入比和养护龄期的增加而增大，且增大速率随龄期的增加而逐渐减小，随着水泥掺入比的增加而增大。随着水泥掺入比的增加，

水泥土的破坏模式逐渐由塑性破坏变为脆性破坏。通过回归分析，建立了水泥土无侧限抗压强度与掺入比及龄期的回归方程。

陶高粱通过核磁共振技术研究水泥掺量对水泥土的孔隙分布特性影响，不同水泥掺量水泥土横向弛豫时间T2分布曲线基本呈现三峰分布的形式，包括一个主峰两个次峰，分别代表小孔中孔和大孔，且各峰值位置几近一致，三峰的峰面积均随水泥掺量的增加而减小。水泥掺量较低时（小于12%），水泥掺量的增加主要致使第2峰及第3峰T2分布曲线往下移动，说明此时水泥水化反应优先堵塞中孔和大孔：当水泥掺量较高时（超过15%），水泥掺量的增加主要致使第1峰区域的T2分布曲线向下移动，但第2峰及第3峰T2分布曲线几乎不变，说明此时增加水泥掺量主要起到堵塞小孔的作用，而小孔对渗透系数影响相对较小。水泥土渗透系数随水泥掺量增加而减小，水泥掺量在4%～12%时，渗透系数急剧减小，水泥掺量在15%～25%时，渗透系数呈缓慢下降的趋势，且两个不同水泥掺量范围内渗透系数的减小绝对数值不在同一个数量级上。

沈耀剑等采用原状土和风干土两种土样制各的水泥土试件进行无侧限抗压强度试验和直剪试验，研究水泥土中土样状态（原状土和风干土）对水泥土强度的影响规律，得出在配合比设计、试验条件相同的情况下，风干土样水泥土试样的无侧限抗压强度值明显高于原状土样水泥土试样，且当水泥浆水灰比保持2.0不变时，随着水泥掺入比增大，两类水泥土无侧限抗压强度基本不再发生明显变化。当水泥掺入比固定时，水泥土无侧限抗压强度随水泥浆水灰比增大而降低，水泥土粘聚力随水灰比的增大而减小。

3结论

从已有的实验成果来看，上述文献对于水泥土的研究主要是针对粉质黏土、淤泥质黏土等软土地基，从现场就地取材，研究外加剂、水泥掺量、养护龄期、掺砂量、含水量、渗透性和密实度等因素对土样无侧限抗压强度的影响规律。从而找到更好地改善软土地基的方法，降低施工难度，提高施工可靠性。

对于实验结果，总结出以下建议：

一、适量提高水泥掺量，可以有效提高强度，但水泥掺量过多强度增长会变缓甚至不增长，且造价会提高。另外，随水泥掺量增长最优含水量增加，因此，在砂质粉土地区，将水泥掺量控制在15%左右较好，同时控制水泥土处于最优含水量。

二、在软土地区，在土中掺入一定量的砂作为改良骨料，可显著提高水泥土的强度，改善软弱地基土质疏松的问题。存在最优掺砂量约为12%，此时增强效果最明显。

三、在软土中加入有效的外加固化剂，可以改变水泥土的渗透性能，中添加聚丙烯酰胺（PAM）起到了胶结加筋的作用，掺量为6%左右时强度最大，可作为工程有效参考。