水泥矿物质水解化合物与土颗粒的作用及反应分析

水泥矿物质水解所生成的氢氧化钙与含水硅酸钙随即迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，使周围的水逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽然继续深入水泥颗粒内部，但新生成的水化物已不能再溶解，而是以细分散状态的胶体析出并悬浮于溶液中成为凝胶。这类凝胶在土中结晶成纵横交错相互锁结的网状结构，并与土颗粒交叉形成硬性骨架。在这个骨架中，土不过是一种中性的填充物。这是物理反应。物理反应减少了软土中的含水量，增加了土颗粒之间的粘聚力。水泥中的水化物则与周围具有一定活性的粘土颗粒发生化学反应：离子交换与团粒化作用、硬凝反应以及碳酸化作用。

（1）离子交换与团粒化作用。土中的二氧化硅遇水后形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子Na＋或钾离子K＋，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中的钙离子Ca2＋进行当量吸附交换，使较小的土颗粒吸附成较大的土团粒，由于水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大1000 倍，因而产生很大的表面能，具有很强的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合，形成水泥土的团粒结构，并把各个土团的空隙封闭起来，从而形成坚固的固结整体，在宏观上就表现为水泥土的强度增大，并有防渗功能。

（2）硬凝反应。当溶液中析出的钙离子数量超过离子交换的需要量时，在碱性环境中，这些钙离子会与粘土矿物中的二氧化硅和三氧化二铝发生化学反应，生成不溶于水的结晶化合物。这些化合物包括：

1）铝酸钙水化物的CAH 系：4CaO·Al2O3·13H2O，3CaO·Al2O3·6H2O，CaO·Al2O3·10H2O等。

2）硅酸钙水化物的CSH系：4CaO·5SiO2·6H2O等。

3）钙黄长石水化物：2CaO·Al2O3·SiO2·6H2O等。(www.xing528.com)

这些新生成的水化物逐渐硬化，从而增大了水泥土的强度和足够的水稳定性。

（3）碳酸化作用。水泥水化物中游离的氢氧化钙，吸收水与空气中的二氧化碳，进行碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，即Ca（OH）2＋CO2 －→CaCO3＋H2O，再进一步增大水泥土的强度，但这种反应引起水泥土强度的增大速度较慢，幅度也小。

在以石灰作为固化剂的干法深搅法中，生石灰在与土搅拌过程中遇土体中的水分后，很快发生水化反应产生氢氧化钙，变成熟石灰。其中石灰会发热与膨胀，产生的热量促使水分蒸发，使软土地基的含水量降低。熟石灰的Ca2＋离子在水的参与下与土颗粒产生絮凝反应，使土颗粒结合水膜厚度减薄，土的塑性降低，粒间粘聚力增加，土体强度与水稳性提高。生石灰的水化反应与熟石灰和土的絮凝反应，主要发生在生石灰与土搅拌混合后的数小时内，是石灰对土的早期作用。随后，熟石灰与土颗粒中的活性硅铝矿物进一步缓慢地发生化学反应，并吸收水分形成含水硅酸钙与铝酸盐等，从而改变了土的结构，这一过程会持续数年，是石灰对土的晚期作用。

由此可见，正是利用了固化剂与土的这种相当复杂的物理化学作用过程，才能形成具有一定强度的水泥土和结构，而搅拌则为这一过程的实现与加速提供了外部条件。