夯实水泥粉煤灰土固化机理及微观结构分析.pdf

2 0 1 6N O 4粉煤灰综合利用F L YA S HC o R E H E N S I V EU T。I Z A T I O N夯实水泥粉煤灰土固化机理及微观结构分析C u 血gM h a n i s m 锄I dM i c r 惦细l c t I l 聆A n m y s i s0 fm e 聊衄e dS 0 n n yA s h 一伽e n t周保良，高江平，胡瑞丰(河北大地建设科技有限公司，石家庄0 5 0 0 0 0)摘要：在夯实水泥土桩中掺入一定量的粉煤灰能显著提高其抗压强度，不同的粉煤灰掺量以及养护龄期的变化都会使得夯实水泥粉煤灰土的强度存在较大差异。本文详细阐述了水泥粉煤灰土的固化机理，并通过对不同粉煤灰掺量的夯实水泥粉煤灰土试样进行电镜扫描观测，从微观结构层面解释了造成这种强度差异的主要原因，对实际工程具有一定的指导意义。关键词：粉煤灰；夯实水泥粉煤灰土；微观结构；电镜扫描中图分类号：-I T U 4 7 3 1文献标识码：A文章编号：1 0 0 5-8 2 4 9(2 0 1 6)0 4 枷5 0 0 4目前，夯实水泥土桩复合地基在岩土工程中应用较为成熟，但由于其强度较低，使得应用范围非常有限。在水泥土中掺入一定量的粉煤灰可以显著提高其抗压强度，从而扩大夯实水泥土桩的使用范围。作者前期对夯实水泥粉煤灰土的力学性能进行过详细研究，发现：在水泥掺量一定的情况下，水泥粉煤灰土抗压强度随粉煤灰掺量提高呈现先增加后减小的趋势，水泥、粉煤灰与土的配比为1：3：4 时达到最大；夯实水泥粉煤灰土抗压强度随龄期增长而增长，且前期增长较快，后期强度增长逐渐减慢，9 0 d 龄期强度基本可以代表其长期强度。本文对水泥粉煤灰土微观结构的形成和特点进行了详细阐述，并对水泥土环境中粉煤灰的水化过程进行详细分析，通过对各配比试样进行电镜扫描观测，从微观结构方面对造成强度差异的原因进行了深入分析，对夯实水泥粉煤灰土桩复合地基的应用具有一定的指导意义。1 夯实水泥粉煤灰土固化作用机理1 1 水泥的水化作用普通硅酸盐水泥的主要成分由硅酸三钙(3 C a O S i 0：)、硅酸二钙(2 C a O s i 0 2)、铝酸三钙(3 C a O 第一作者：周保良(1 9 6 8 一)，男。教授级高级工程师电子邮箱：5 0 2 7 0 6 4 9 5 q q c o m收稿日期：2 0 1 6 0 2 一1 85 0 A J：O，)、铝酸四钙(4 C a o 灿：0 3)及硫酸钙(C a S O。)等组成。在将拌合料逐层夯人孔内形成桩体的过程中，水泥颗粒表面物质将与拌合土料中的水分充分接触，从而发生水化反应，生成氢氧化钙(C a(O H)：)、水化硅酸钙(3 c a O 2 s i 0 2 3 H 2 0)、水化铝酸钙(3 C a OA 1 2 0 3 6 H 2 0)及水化铁酸钙(3 c a 0 F e 2 0 3 6 H：O)等水泥水化物【2J，促使其凝结硬化。1 2 水泥水化物与土颗粒的作用水泥水化物与土颗粒的作用主要体现在以下两个方面：(1)离子交换和团粒化作用在水泥和土的固化过程中，土颗粒与水结合形成胶体分散体系。如土中含量较多的二氧化硅遇水形成硅酸胶体颗粒，其表面带有钠离子N a+或钾离子K+，它们能与水泥水化反应生成的C a(O H)：在溶液中析出的钙离子C a 2+进行等量吸附交换，使凝胶粒子的双电层变薄，土颗粒的分散度降低，原来较小的水泥土颗粒形成较大的团粒，从而提高土体强度，减少压缩性。而且由于水泥水化物的凝胶粒子的比表面积要比原来大很多，水泥土团粒进一步凝聚结合，并封闭各水泥土团粒之间的空隙，从而形成较为坚固的水泥土大团粒结构，此时的水泥土开始逐渐形成网络状结构，起主骨架作用。在持续的外力夯击作用下，夯实水泥土中的大团粒结构块体进一步密实，由于密实度进一步提高，孔隙率减小，从而使粉煤灰综合利用F L YA S HC O M 田R E 腿N S I、咂U T。I Z A T I O N2 0 1 6N O 4水泥土的强度得到提高。(2)硬凝反应随着水泥水化反应的不断深入，溶液中析出的钙离子数量越来越多。在这种碱性环境中，粘土矿物中的二氧化硅和三氧化二铝的一部分或大部分就能与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，这些化合物在水和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度，而且由于其结构比较致密，水分不易浸入，具有足够的水稳定性【3J。1 3 粉煤灰在水泥土环境中的水化及硬凝反应粉煤灰是由多种不同形状的颗粒混合堆聚而成的粒群，其本身并无胶凝性能，但当其掺入硅酸盐水泥中时，能与水泥水化作用分解出来的氢氧化钙进行反应，生成具有胶凝性能的水化C S H 凝胶。水泥水化生成的氢氧化钙活性很强，与粉煤灰反应的水化产物也很好。从微