紅粘土地區(qū)深層攪拌樁粉煤灰對水泥土強度的影響摘要灰?guī)r地區(qū)廣泛存在上硬下軟的紅粘土?？刹捎蒙顚訑嚢璺ㄌ幚硐屡P軟塑、流塑紅粘土，形成復(fù)合地基，提高下臥層的變形模量和承載力，滿足建筑物對地基強度和變形的要求。本文主要分析了采用深層攪拌法處理紅粘土?xí)r，在水泥土內(nèi)摻入粉煤灰對水泥土的加固機理，說明了粉煤灰影響強度的主要因素，并通過試驗成果分析了粉煤灰對水泥土無側(cè)限抗壓強度的影響。關(guān)鍵詞紅粘土深層攪拌樁復(fù)合地基粉煤灰水泥土強度灰?guī)r地區(qū)廣泛分布上硬下軟的紅粘土。一般情況下，其上部含水量低、壓縮變形小、地基土承載力高，為建筑物良好天然地基土；下部含水量高、壓縮變形大、地基土承載力低，為軟弱下臥層。上部多呈堅硬至硬塑狀態(tài)，占紅粘土層的75％左右；下部多呈軟塑、流塑狀態(tài)，為軟弱下臥層，常導(dǎo)致地基不均勻沉降，引起建筑物開裂。地基基礎(chǔ)設(shè)計常采用調(diào)整基礎(chǔ)寬度、相鄰地段基底壓力和基礎(chǔ)埋深的措施，以減小地基不均勻沉降。當(dāng)以上方法不能滿足建筑物要求時，常采用樁基礎(chǔ)。樁基一般以石灰?guī)r為持力層，因石灰?guī)r溶溝、石芽、溶洞等發(fā)育，加大了基礎(chǔ)勘察、施工的難度，施工周期長、費用高。采用深層攪拌法處理下臥軟塑、流塑紅粘土，提高下臥層的變形模量和承載力，可充分發(fā)揮上部硬塑紅粘土的作用，形成復(fù)合地基，滿足建筑物對地基強度和變形的要求，可大大降低地基處理費用，縮短工期，且施工時無環(huán)境污染，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文主要研究采用深層攪拌法處理紅粘土?xí)r，水泥與紅粘土拌合物的工程性質(zhì)以及在水泥土內(nèi)摻入粉煤灰對其強度的影響。1粉煤灰對水泥土的加固機理根據(jù)前人的科研成果，深層攪拌法對含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好。紅粘土中含高嶺石的比例較大，并且粉煤灰具有火山灰活性，其化學(xué)組成屬于CaO—SiO2—Al2O3系統(tǒng)。向水泥土中摻入適量的粉煤灰之后，粉煤灰中的SiO2和Al2O3與Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣，從而降低了Ca（OH）2的濃度，進(jìn)而使鈣礬石生長，對強度增長有利。此外，增加水化鋁酸鈣的數(shù)量相當(dāng)于晶體礦物之間的膠凝作用。再者，粉煤灰基本上具有與水泥相同的顆粒尺寸和級配分布，粉煤灰的微珠效應(yīng)也可以改變水泥的流變學(xué)性質(zhì)，使加固土易于拌勻，易于密實，降低加固土空隙，減小孔徑。另外，粉煤灰對水泥熟料的分散作用，能使水泥水化反應(yīng)進(jìn)行得更為徹底。粉煤灰對水泥土強度的增強作用主要表現(xiàn)在3個方面。(1)活性成分水化效應(yīng)水泥水化開始后，Ca（OH）2的濃度不斷增加，直至飽和并析出Ca（OH）2晶體。由于摻入粉煤灰，其中細(xì)小的、可溶性的SiO2和Al2O3首先與吸附在其表面的Ca（OH）2進(jìn)行水化反應(yīng)，它在Ca（OH）2膜層和粉煤灰顆粒界面處進(jìn)行，這就是所謂的“火山灰反應(yīng)”。主要水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣以及水化鐵酸鈣等。隨著水化的深入，水化反應(yīng)向顆粒內(nèi)部進(jìn)行，生成更多的水化物并不斷充填其孔隙，水化過程一直持續(xù)到反應(yīng)物不足，水化產(chǎn)物充滿整個空間才停止。(2)微粒形態(tài)效應(yīng)粉煤灰是煤粉在高溫燃燒過程中形成的顆粒，顆粒很細(xì)，多數(shù)為玻璃微珠。紅粘土為團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，在與水泥漿攪拌過程中不易破壞而使水泥不能均勻的分散在紅粘土中，影響加固效果。粉煤灰的玻璃微珠結(jié)構(gòu)可減小內(nèi)摩阻力、解開原團(tuán)粒，使水泥土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更均勻，水化反應(yīng)更有效、徹底。同時，粉煤灰還有減水作用。因此，合適的粉煤灰摻量可有效的改善施工質(zhì)量。(3)微粒填充效應(yīng)粉煤灰的顆粒充填于水泥土顆粒間的空隙中，一方面通過活性成分水化作用的影響，生成新的物質(zhì)，堵塞毛細(xì)管孔道，減少了大孔數(shù)量；另一方面非活性成分的擠密、填充使水泥土更加密實。2影響粉煤灰增強效果的主要因素(1)粉煤灰細(xì)度由于粉煤灰的火山灰反應(yīng)是在粉煤灰粒子的界面進(jìn)行的，因此粒子界面的大小直接影響到反應(yīng)生成物的數(shù)量，從而影響到強度的大小。(2)粉煤灰的比重粉煤灰的活性影響因素中，比重是在物理作用中很主要的影響因素。比重較大的粉煤灰活性較好，堅硬而致密的粉煤灰顆粒比疏松多孔的粉煤灰顆粒具有更高的強度。(3)活性氧化物含量由于火山灰反應(yīng)原料之一即粉煤灰中活性氧化物含量，故SiO2和Al2O3的含量越高，其混合料強度越高。尤其是在28d以后，隨齡期的增長，火山灰反應(yīng)逐漸增強，其后期強度主要來自火山灰反應(yīng)，強度的增長率就顯得與氧化物含量的關(guān)系更為密切。(4)CaO的含量火山灰反應(yīng)原料之一為Ca（OH）2。若粉煤灰中有足夠的游離CaO，那么在有水的條件下會生成Ca（OH）2，進(jìn)而與粉煤灰本身的SiO2和Al2O3發(fā)生反應(yīng)，生成膠凝性化合物，即為粉煤灰的自硬性。當(dāng)然，一般粉煤灰中CaO含量較低，可通過外加石灰來激發(fā)其活性。(5)含碳量含碳量是指粉煤灰在800～900℃下能燒失的量，其主要成分為碳，所以粉煤灰的含碳量即燒失量。含碳量的大小對粉煤灰的活性有直接影響。碳的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在水化作用中不參與反應(yīng)。碳含量大，活性的SiO2和Al2O3及CaO就相應(yīng)減小，使混合料強度降低。碳吸水后在碳粒表面形成薄膜，影響水分的滲透和水化反應(yīng)的進(jìn)行，從而降低了活性。此外，碳含量過多，還會影響混合料的密實性，導(dǎo)致強度降低。3無側(cè)限抗壓強度試驗成果分析(1)與純水泥摻入的水泥土無側(cè)限抗壓強度對比在總摻入比一定的情況下，90d齡期的水泥土粉煤灰取代比太小或太大對強度不利，適宜選取在25%～40%之間（表1，圖1）。表1總摻入比一定時，粉煤灰取代比與無側(cè)限抗壓強度的關(guān)系總摻入比（％）粉煤灰取代比（％％）無側(cè)限抗壓強度度（MPa）取代后與取代前前取代之比比30d60d90d30d60d90d801.8912.6633.435－－－1202.1853.4033.477－－－33.32.1452.9313.7270.9820.8611.0721602.2063.4914.198－－－252.6843.6404.4701.2171.0431.065502.4983.0694.1461.1320.8790.98820202.9984.2864.942－－－402.9794.0575.1730.9940.9471.047602.1053.1524.5290.7020.7350.916注：水泥摻入比20%及以上，因在工程應(yīng)用上無實際意義，故未測定。總摻入比20%，對比值為與粉煤灰最小摻入比。圖1粉煤灰取代比與無側(cè)限抗壓強度的關(guān)系曲線(2)粉煤灰含量一定時，無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比的變化規(guī)律顯然，當(dāng)粉煤灰含量一定時，無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比的增大而增大。說明水泥的增加一定會導(dǎo)致強度提高（表2）。表2粉煤灰含量一定時，無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比的變化關(guān)系粉煤灰摻入比水泥摻入比8%%（MPa）水泥摻入比122%（MPa）水泥摻入比166%（MPa）30d60d90d30d60d90d30d60d90d01.8912.6633.4352.1853.4033.4772.2063.4914.1988%2.4983.0694.1462.9794.0575.1733.344.6525.7416%2.3683.5575.1823.3694.6764.77－－－20%2.3973.4214.607－－－－－－4粉煤灰對水泥土無側(cè)限抗壓強度影響的綜合分析綜合以上數(shù)據(jù)及分析可知：當(dāng)粉煤灰摻入比不大時，強度基本上隨粉煤灰摻入比的增大而增大，超過一定限度時（此時與水泥取代比不到40%），強度則不一定增大，甚至降低，原因與粉煤灰自身特性、土性、水泥摻量等因素有關(guān)。齡期對粉煤灰加固水泥土影響方面，水泥摻入比不大時，粉煤灰對早期強度（30d以內(nèi)）有一定的提高作用，主要原因在于它的填充、擠密作用，隨著齡期的延長，粉煤灰中活性成分的水化作用逐漸進(jìn)行，對后期強度的增長有重要作用，所以90d的強度一般都比較大。分析原因如下：水泥土形成過程中，水泥活性大，首先與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成膠凝性化合物、晶體，并釋放一定量的Ca（OH）2。加入粉煤灰后，由于它活性小，最初只是發(fā)揮物理性的充填、擠密、分散作用。隨著水化的深人，Ca（OH）2的濃度不斷增加，直至達(dá)到過飽和狀態(tài)、析出晶體，在未水化的水泥顆粒及水化產(chǎn)物周圍形成一個半穩(wěn)定狀態(tài)的Ca（OH）2薄層，延緩了水泥的進(jìn)一步水化。粉煤灰中活性的SiO2和Al2O3與溶液中的Ca（OH）2反應(yīng)，生成膠凝產(chǎn)物，降低了溶液中的Ca（OH）2濃度，促使水泥繼續(xù)水化，生成更多的膠凝產(chǎn)物，使水泥土