影响水泥土强度的因素分析与优化

影响水泥土强度的因素很多，现归纳如下：

（1）水泥掺入比aW。水泥掺入比是指掺入水泥的重量与被加固土体天然湿重之比（%），水泥土的强度随水泥掺入比的增加而增加。图4.1 是某水泥土不同掺入比与强度的关系曲线。水泥掺入比在低于5%时，因水泥与土的反应过弱，水泥土固化程度很低，强度离散性较大，故要求aW＞7%。不同土质所形成水泥土的强度随aW 增加的速率不同，粉土最大，淤泥质土最小。

图4.1　单轴抗压强度与水泥掺入比的关系（转引自参考文献［15］）

（2）水泥标号。水泥土强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号每提高100 号，水泥土强度增加50%～90%。在相同强度要求下，水泥标号提高100号，可降低水泥掺入比2%～3%。

（3）龄期。水泥土强度随龄期的增加而增加，在龄期超过28天后，水泥土强度一般都有明显增加。有关实验表明，当aW＝7%时，120天强度是28 天强度的2.03 倍；当aW＝12%时，120天强度是28天强度的1.83 倍。龄期超过3 个月后，水泥土强度的增加才减缓。显微镜下观察显示，水泥与土的硬凝反应约需3 个月才能充分完成。因此，选用3 个月龄期强度作为水泥土标准强度是合适的。

（4）土中含水量。水泥土强度随土中含水量的降低而增加。一般情况下，土中含水量每降低10%，水泥土强度会增加10%～50%。(www.xing528.com)

（5）土中有机质含量。有机质含量少的原土比有机质含量高的原土相比，前者形成的水泥土强度比后者要高。有机质含量低于1.0%时，对加固效果影响不大，但有机质含量高于此值时，有机质可使土壤具有较大的水容量和可塑性，显著的膨胀性，较大的压缩性和低渗透性，并使土的酸性度增加。当土的pH 值小于5 时，水泥水化过程将受到极大的抑制，从而影响到水泥土的强度。但国外的研究证明，有机质含量和pH值并不是构成砂土与水泥反应不良的一个指标。

（6）外掺剂。不同的外掺剂对水泥土强度的影响不同。如木质素磺酸钙对水泥土强度的增加影响不大，只起减水作用；石膏和三乙醇胺对水泥土强度的增加有用。掺入与水泥等量的粉煤灰，可使水泥土强度提高10%。

水泥土是一种多孔体系，它的强度不是由粘土和水泥水化物的强度决定，而是由水泥土中水泥石强度骨架和土颗粒的连接结构决定。外掺剂的加入，可以调整水泥土液相组成，改善水泥土稠度，对水泥土的强度与和易性都有影响。有些外掺剂能改变水泥水化物的组成，吸水膨胀后能减少系统内的孔隙率，从而改善水泥土内部结构的连接。加入活性矿物外掺剂，能改善水化硅酸钙和水化铝酸钙等的胶凝性，从而也有利于提高水泥土的强度。

实验研究表明：①普通硅酸盐水泥土和矿渣水泥土的强度基本相同，而高铝水泥水化硬化较快，其制成的水泥土7天强度就能达到0.487MPa，是普通硅酸盐水泥土和矿渣水泥土强度的一倍以上；②二水石膏的掺入，使普通硅酸盐水泥土和矿渣水泥土的强度有明显提高；碱也能使其强度有所提高；三乙醇胺则对其强度的提高作用较小；加入减水剂SF和FDN 更会使其强度降低；③对高铝水泥土而言，二水石膏和三乙醇胺能使其强度略有增加；加入碱则其强度稍有降低；减水剂SF和FDN 会使其强度明显降低；而加入氯化钙则使其强度大幅降低。

简言之，石膏、三乙醇胺和氯化钙这三种外掺剂都能提高水泥土的早期强度，但强度增加的百分数随龄期的增长而减小。在90天龄期时，石膏和氯化钙已失去增强水泥土强度的作用，甚至使水泥土强度有所降低。而三乙醇胺不仅能大大提高水泥土的早期强度，而且对水泥土的后期强度也有一定的增强作用。故一般早强剂可选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等材料，其掺入量一般分别取水泥重量的0.05%、2%、0.5%和2%；减水剂可选木质素磺酸钙，掺入量一般取水泥重量的0.2%；石膏兼有早强与缓凝的双重作用，掺入量一般可取水泥重量的2%。

因此，要根据试验来确定是否需要外掺剂，需要何种外掺剂，以及合理的用量，既可以提高水泥土的强度，又可节约水泥用量。