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1、水泥加固高含盐量软土的 微观结构分析 徐 超 二零零五年十二月八日已公告：2007年5月20日为校庆庆典日水泥搅拌桩处置高含盐量软土地基 的试验研究江苏省交通厅课题：同济大学连云港市高速公路建设指挥部课题主要内容 针对高含盐量软土地基的较广泛的室内配比试 验研究 针对高含水量、高含泥量和高含盐量的系统的 现场工艺研究 水泥加固高含盐量软土的室内微观结构分析与水泥加固高含盐量软土的室内微观结构分析与 机理研究机理研究汇报提纲 软土的基本特征 研究试验方案与试验手段 微观结构分析结果与分析 高含盐量软土对水泥土加固效果影响的机理 结论软土地基的基本特征 “三高”软土的基本特征土类含水 量重度孔隙
2、比液限塑限塑性指 数液性指 数w/%/kNm-3ewL/%wp/%IpIL淤 泥平均 值68.616.01.9046.225.221.02.07范围 值51.0 84.015.4 17.31.40 2.2343.9 47.623.5 26.720.2 22.11.29 2.82连云港土6m以上的淤泥连云港土6m以下的淤泥 测 定 项 目Ca2+283.1108mg/kg测 定 项 目Ca2+277.5097mg/kgMg2+122.7056 mg/kgMg2+240.5559 mg/kgCl-7244.3253mg/kgCl-9410.9675mg/kgSO42-484.6870mg/kgSO
3、42-665.1371mg/kgHCO3-1659.0612mg/kgHCO3-1161.5987mg/kgPH值7.34PH值7.25 游离CO256.2252mg/kg游离CO2110.2256mg/kg侵蚀性CO20.0000mg/kg侵蚀性CO283.7627mg/kg有机质含量6.1有机质含量6.9计算 项目非碳酸盐硬 度0.0000mg当量/kg计算 项目非碳酸盐硬度14.5934 mg当量 /kg 碳酸盐硬度27.1897mg当量/kg碳酸盐硬度19.0370 mg当量 /kg 易溶盐含量10196.0mg/kg易溶盐含量12157.8mg/kg判定：据岩土工程勘察规范（ GB5
4、0021-2001）判定，该土样属于 氯盐渍 土、中盐渍土和有机质土。判定：据岩土工程勘察规范（ GB50021-2001）判定，该土样属于氯 盐渍土、中盐渍土和有机质土。从含盐量角度看软土的基本特征 氯离子、硫酸根离子和镁离子成倍增加； 矿化度（可溶盐离子含量）明显增大，以氯盐 为主的中等盐渍土； 地基土淤泥层中，以6m为界，下部淤泥矿化度更高。 有机质含量大于5%。汇报提纲 软土的基本特征 研究试验方案与试验手段 微观结构分析结果与分析 高含盐量软土对水泥土加固效果影响的机理 结论试验研究方案 土样处理：洗土 针对软土含水量的研究（见下表） 针对不同水泥品种（矿渣水泥与普灰水泥） 针对软土
5、含盐量的研究水泥品种 水泥掺量 含水量（%）普硅32.5 21% 50普硅32.5 21% 70普硅32.5 21% 100普硅32.5 21% 130试验研究方案（续）编编号Mg2+Cl-SO42-试验试验 手段 1991539392M/XRD/SEM 23001539392M 36001539392M/XRD/SEM 4998000392M 59916000392M/XRD/SEM 6991539700M 79915391000M/XRD/SEM 83008000700M/XRD/SEM 9600160001000M/XRD/SEM针对软土含盐量变化的配比方案试验方法与手段 无侧限抗压试验
6、（试验中进行轴向压缩变形的量测）； X射线衍射试验 扫描电子显微镜 背散射试验 试件尺寸：70.7X70.7X70.7mm； 加载速率：1.8mm/min； 在试验过程中量测试件轴向变形量。无侧限抗压试验方法汇报提纲 软土的基本特征 研究试验方案与试验手段 微观结构分析结果与分析 高含盐量软土对水泥土加固效果影响的机理 结论试验结果：无侧限抗压强度无侧限抗压强度随软土含水量的变化试验结果：无侧限抗压强度不同水泥加固的水泥土的无侧限抗压强度01234560.00.51.01.52.02.53.0s(MPa)e(%)Mg2+ 99mg/kg,60dMg2+300mg/kg,60dMg2+600mg
7、/kg,60dMg2+ 99mg/kg,28dMg2+300mg/kg,28dMg2+600mg/kg,28dMg2+ 99mg/kg,7dMg2+300mg/kg,7dMg2+600mg/kg,7d不同龄期水泥土试块应力应变关系曲线（镁离子变化）试验结果无侧限抗压强度01234560.00.51.01.52.02.53.0s(MPa)e(%)Cl- 1539mg/kg,60dCl- 8000mg/kg,60dCl-16000mg/kg,60dCl- 1539mg/kg,28dCl- 8000mg/kg,28dCl-16000mg/kg,28dCl- 1539mg/kg,7dCl- 8000m
8、g/kg,7dCl-16000mg/kg,7d不同龄期水泥土试块应力应变关系曲线（氯离子变化）01234560.00.51.01.52.02.53.0s(MPa)e(%)SO42- 392mg/kg,60dSO42- 700mg/kg,60dSO42-1000mg/kg,60dSO42- 392mg/kg,28dSO42- 700mg/kg,28dSO42-1000mg/kg,28dSO42- 392mg/kg,7dSO42- 700mg/kg,7dSO42-1000mg/kg,7d不同龄期水泥土试块应力应变关系曲线（硫酸根离子变化）01234560.00.51.01.52.02.53.0s(
9、MPa)e(%)Mg2+ 99,Cl- 1539,SO 42- 392,60dMg2+300,Cl- 8000,SO 42- 700,60dMg2+600,Cl-16000,SO 42-1000,60dMg2+ 99,Cl- 1539,SO 42- 392,28dMg2+300,Cl- 8000,SO 42- 700,28dMg2+600,Cl-16000,SO 42-1000,28dMg2+ 99,Cl- 1539,SO 42- 392,7dMg2+300,Cl- 8000,SO 42- 700,7dMg2+600,Cl-16000,SO 42-1000,7d单位:mg/kg不同龄期水泥土试
10、块应力应变关系曲线（三种离子同时变化）试验结果X射线衍射试验参考强度法半定量分析（X Pert HighScore） Position 2 Theta10203040506070Counts050001000015000clay.CAF矿物石英伊利石高岭石正长石水化硅酸钙水化铝酸钙水化硅铝酸钙水化氯铝酸钙碳酸钙钙矾石粘土7d28d1# 配比1#配比051015202530354060d28dC-S-H + C-A-H (%)1#3#(Mg2+)5#(Cl-)7#(SO42-)7d试验结果扫描电子显微镜与背散射二次电子像 背散射电子像SEM图片（软土）SEM图片（不同配比）孔隙 石英 伊利石 高
11、岭石 正长石 水化硅酸钙 水化铝酸钙 水化硅铝酸钙 水化氯铝酸钙 碳酸钙 钙矾石05101520253035C-S-H + C-A-H (%)1#3#(Mg2+)5#(Cl-)7#(SO42-)60d28d7d汇报提纲 软土的基本特征 研究试验方案与试验手段 微观结构分析结果与分析 高含盐量软土对水泥土加固效果影响的机理 结论机理分析Mg2+Mg2+是高含盐量软土中的主要阳离子之一。从无侧限抗 压强度的结果来看： Mg2+对水泥土造其强度影响不大， 而对中后期强度有一定的负面作用。在水泥水化阶段， Mg2+并没有参与反应。但由于Mg(OH)2的溶解度比 Ca(OH)2低， Mg2+会优先与OH
12、-结合，生成Mg(OH)2（ 本次试验中为了排除阴离子的影响，采用直接加入 Mg(OH)2）。它会代替Mg(OH)2与溶出的活性SiO2反应 ：C-S-HM-S-HM-S-H3#1#机理分析Cl-NaCl是海水中最主要的可溶盐，在海岸工程中， 它会渗入钢筋混凝土中并腐蚀钢筋。对于水泥土 ， Cl-是主要的影响因素，当空隙水中含有较多Cl- 时，它会与C3A反应生成水化氯铝酸钙（Friedels salt）： 机理分析SO42+SO42+也是海水中的主要可溶盐离子之一。当孔隙水中含有较多SO42+同时水泥中又有较多C3A时，就会生成钙矾石： （pH10.5） 机理分析SO42+024681060d28d钙矾石 (%)1#7#9#7d结 论 水泥土强度的增长主要来源于水化硅酸钙（C- S-H）和水化铝酸钙（C-A-H）的生成。 高含盐量软土中和孔隙水中的可溶盐离子会对 水泥土强度增长产生较大的负面影响。 三种离子都会造成水泥土强度的降低，但他们 的影响阶段和影响程度不同。Mg2+对水泥土早 期强度影响不大。Cl-对各龄期强度均有较大影 响。SO42-对水泥土中后期强度影响较大。谢谢各位欢迎2007年拔冗莅临 同济！徐 超
