红粘土地区深层搅拌桩粉煤灰对水泥土强度的影响

红粘土地区深层搅拌桩粉煤灰对水泥土强度的影响摘要灰岩地区广泛存在上硬下软的红粘土。可采用深层搅拌法处理下卧软塑、流塑红粘土，形成复合地基，提高下卧层的变形模量和承载力，满足建筑物对地基强度和变形的要求。本文主要分析了采用深层搅拌法处理红粘土时，在水泥土内掺入粉煤灰对水泥土的加固机理，说明了粉煤灰影响强度的主要因素，并通过试验成果分析了粉煤灰对水泥土无侧限抗压强度的影响。关键词红粘土深层搅拌桩复合地基粉煤灰水泥土强度灰岩地区广泛分布上硬下软的红粘土。一般情况下，其上部含水量低、压缩变形小、地基土承载力高，为建筑物良好天然地基土；下部含水量高、压缩变形大、地基土承载力低，为软弱下卧层。上部多呈坚硬至硬塑状态，占红粘土层的75％左右；下部多呈软塑、流塑状态，为软弱下卧层，常导致地基不均匀沉降，引起建筑物开裂。地基基础设计常采用调整基础宽度、相邻地段基底压力和基础埋深的措施，以减小地基不均匀沉降。当以上方法不能满足建筑物要求时，常采用桩基础。桩基一般以石灰岩为持力层，因石灰岩溶沟、石芽、溶洞等发育，加大了基础勘察、施工的难度，施工周期长、费用高。采用深层搅拌法处理下卧软塑、流塑红粘土，提高下卧层的变形模量和承载力，可充分发挥上部硬塑红粘土的作用，形成复合地基，满足建筑物对地基强度和变形的要求，可大大降低地基处理费用，缩短工期，且施工时无环境污染，具有良好的社会效益和经济效益。本文主要研究采用深层搅拌法处理红粘土时，水泥与红粘土拌合物的工程性质以及在水泥土内掺入粉煤灰对其强度的影响。1粉煤灰对水泥土的加固机理根据前人的科研成果，深层搅拌法对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好。红粘土中含高岭石的比例较大，并且粉煤灰具有火山灰活性，其化学组成属于CaO—SiO2—Al2O3系统。向水泥土中掺入适量的粉煤灰之后，粉煤灰中的SiO2和Al2O3与Ca（OH）2发生反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙，从而降低了Ca（OH）2的浓度，进而使钙矾石生长，对强度增长有利。此外，增加水化铝酸钙的数量相当于晶体矿物之间的胶凝作用。再者，粉煤灰基本上具有与水泥相同的颗粒尺寸和级配分布，粉煤灰的微珠效应也可以改变水泥的流变学性质，使加固土易于拌匀，易于密实，降低加固土空隙，减小孔径。另外，粉煤灰对水泥熟料的分散作用，能使水泥水化反应进行得更为彻底。粉煤灰对水泥土强度的增强作用主要表现在3个方面。(1)活性成分水化效应水泥水化开始后，Ca（OH）2的浓度不断增加，直至饱和并析出Ca（OH）2晶体。由于掺入粉煤灰，其中细小的、可溶性的SiO2和Al2O3首先与吸附在其表面的Ca（OH）2进行水化反应，它在Ca（OH）2膜层和粉煤灰颗粒界面处进行，这就是所谓的“火山灰反应”。主要水化产物有：水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙以及水化铁酸钙等。随着水化的深入，水化反应向颗粒内部进行，生成更多的水化物并不断充填其孔隙，水化过程一直持续到反应物不足，水化产物充满整个空间才停止。(2)微粒形态效应粉煤灰是煤粉在高温燃烧过程中形成的颗粒，颗粒很细，多数为玻璃微珠。红粘土为团粒结构，在与水泥浆搅拌过程中不易破坏而使水泥不能均匀的分散在红粘土中，影响加固效果。粉煤灰的玻璃微珠结构可减小内摩阻力、解开原团粒，使水泥土内部结构更均匀，水化反应更有效、彻底。同时，粉煤灰还有减水作用。因此，合适的粉煤灰掺量可有效的改善施工质量。(3)微粒填充效应粉煤灰的颗粒充填于水泥土颗粒间的空隙中，一方面通过活性成分水化作用的影响，生成新的物质，堵塞毛细管孔道，减少了大孔数量；另一方面非活性成分的挤密、填充使水泥土更加密实。湿2挥影响粉煤灰势增强效果的主狂要因素倚(1洒)树粉煤灰细同度伸池阅由于粉煤灰的呢火山灰反应是娘在粉煤灰粒子萌的界面进行的治，因此粒子界犁面的大小直接走影响到反应生漫成物的数量，跨从而影响到强指度的大小。炒(2杂)极粉煤灰的比味重壳杜途粉煤灰的活性视影响因素中，妇比重是在物理呼作用中很主要诊的影响因素。悦比重较大的粉舱煤灰活性较好领，坚硬而致密砍的粉煤灰颗粒尖比疏松多孔的好粉煤灰颗粒具刊有更高的强度立。排(3心)默活性氧化物含厅量渣肃过由于火山灰反月应原料之一即狂粉煤灰中活性扰氧化物含量，旺故酿S疗iO吹2您和秆Al附2巩O进3毕的含量越高，近其混合料强度举越高。尤其是探在震28谅d您以后，随龄期马的增长，火山剩灰反应逐渐增敢强，其后期强辈度主要来自火旅山灰反应，强案度的增长率就郊显得与氧化物平含量的关系更缘为密切。晕(沾4)手CaO职的含饲量聋播忧火山灰反应原画料之一为粉C黑a窄（霉O蚕H锋）帮2盘。若粉煤灰中墓有足够的游离脏CaO磨，那么在有水竞的条件下会生傻成晒C描a距（疯O组H纱）虽2晶，进而与粉煤晓灰本身掀的赔S膀iO杜2尸和白Al呢2置O蚀3泊发生反应，生脂成胶凝性化合寨物，即为粉煤圆灰的自硬性。榜当然，一般粉蛇煤灰中虏CaO柔含量较低，可券通过外加石灰眼来激发其活性窃。爸(5氏)例含碳筝量亭阿沟含碳量是指粉效煤灰栽在宵80刑0垮～笨90抚0默℃散下能烧失的量利，其主要成分锅为碳，所以粉语煤灰的含碳量沙即烧失量。含农碳量的大小对竞粉煤灰的活性叉有直接影响。耳碳的化学性质毫比较稳定，在罗水化作用中不字参与反应。碳枯含量大，活性暴的错S师iO邀2袍和进Al涨2疲O丰3愁及艰CaO螺就相应减小，文使混合料强小度降低。碳吸豆水后在碳粒表干面形成薄膜，渴影响水分的渗共透和水化反应他的进行，从而报降低了活性。渗此外，碳含量号过多，还会影侧响混合料的密杂实性，导致强外度降低。复3车托无侧限抗压强歉度试验成果分阴析齿(1攀)伸与纯水泥掺入薯的水泥土无侧谋限抗压强度对遭比隔催合在总掺入比一青定的情况下纺，咱90勤d芽龄期的水泥土秋粉煤灰取代比挣太小或太大对读强度不利，适旷宜选取脂在徐25挡%趁～筋40轿%壁之间（略表店1猛，贝图牢1朴）。介表霜1争掀总掺入比一定烘时，粉煤灰取绳代比与无侧限惹抗压强度的关居系污总掺入鞠比（％）文粉煤灰取代比转（％）矩无侧限抗压强侨度征（慰MP种a四）柿取代后与取代匆前取代之比粘30d堪60d吸90d钢30d森60d懂90d镇8羞0东1.891拘2.663表3.435杀－底－微－务12某0译2.185卵3.403奖3.477咏－严－颤－歼33.3围2.145兵2.931畏3.727障0.982荣0.861闯1.072养16窝0撕2.206疑3.491月4.198宅－萌－贺－薪25太2.684今3.640絮4.470脊1.217揉1.043榆1.065调50衣2.498涨3.069防4.146变1.132音0.879叶0.988主20默20竟2.998苏4.286渔4.942迷－誉－劳－努40幻2.979叙4.057研5.173险0.994咳0.947供1.047否60转2.105袭3.152泳4.529酱0.702披0.735足0.916退注：水泥掺入近比唱20悬%漂及以上，因在肤工程应用上无芝实际意义，故江未测定。总掺廉入禁比音20然%器，对比值为与继粉煤灰最小掺泽入比。暴图虹1筹吗粉煤灰取代比圾与无侧限抗压答强度的关系曲闯线校(2途)馅粉煤灰含量一瞒定时，无侧限木抗压强度随水烤泥掺入比的变看化规杰律黑垫妄显然，当粉煤脉灰含量一定时肠，无侧限抗压激强度随水泥掺监入比的增大而碌增大。说明水登泥的增加一定马会导致强度提定高（艇表林2丸）。绕表渴2恭芬粉煤灰含量一休定时，无侧限竞抗压强度随水怀泥掺入比的变抵化关系竖粉煤灰掺入比距水泥掺入御比业8耻%依（坑MP套a蚀）指水泥掺入奥比访12燕%粘（拴MP容a办）抖水泥掺入多比雨16戴%假（剪MP涂a伙）径30d识60d翠90d纯30d俘60d擦90d脂30d密60d搬90d叙0壳1.891疲2.663养3.435岁2.185拦3.403网3.477钟2.206国3.491挣4.198蜓8%议2.498混3.069单4.146介2.979烂4.057我5.173吨3.34来4.652根5.74送16%钞2.368杂3.557诚5.182蠢3.369躁4.676弃4.77夸－狱－麦－卡20%止2.397菌3.421签4.607耐－薪－次－颗－门－拨－唐4被柳粉煤灰对水泥匪土无侧限抗压主强度影响的综支合分析狭综合以上数据廊及分析可知：咬当粉煤灰掺入构比不大时，强发度基本上随粉瓜煤灰掺入比的烫增大充而增大，超过印一定限度时（波此时与水泥取缠代比不关到突40贱%戚），强度则不死一定增大，甚繁至降低，原因透与粉煤灰自身沿特性、土性、呆水泥掺量等因录素有关。龄期替对粉煤灰加固沉水泥土影响方俯面，水泥掺入槐比不大时，粉揉煤灰对早期强浇度夕（妹30择d梁以内）有一定敲的提高作用，巩主要原因在于胃它的填充、挤抱密作用，随着强龄期的延长，淘粉煤灰中活性循成分的水化作逆用逐渐进行，孙对后期强度的祥增长有重要作炉用，所洁以抽90父d裕的强度一般都穴比较大。分析丈原因如下：你水泥土形成过马程中，水泥活柏性大，首先与百水发生水化反考应，生成胶凝乏性化合物、晶福体，并释放一踪定量宫的庸C悉a就（业O唯H镜）式2昼。加入粉煤灰叮后，由于它活羞性小，最初只贸是发挥物理性趴的充填、挤密沈、分散作用。南随着水化的深陵人中，条C攀a煤（峡O团H艘）吗2展的浓度不断增索加，直至达到跳过饱和状态、须析出晶体，在羽未水化的水泥妙颗粒及水化产李物周围形成一防个半稳定状态其的径C响a约（抚O丸H古）漠2蓝薄层，延缓了最水泥的进一步还水化。粉煤灰刺中活性述的告S怒iO死2姜和宽Al持2味O呀3杏与溶液中板的元C寨a旗（割O同H铃）湿2聚反应，生成胶雁凝产物，降低届了溶液中缴的趁C牙a陕（辩O苗H哑）脂2来浓度，促使水过泥继续水化，艇生成更多的胶爷凝产物，使水誉泥土后期强度由提高很快。缘通过试验