膨胀性水化物与胶结性水化物相对生成速率对固化土结构与强度的影响

软土固化技术是应用最广泛的深厚层软土地基处理技术，年固化剂用量在亿吨级。现有固化剂不能满足制备高强固化土的要求。有研究表明：利用膨胀性水化物填充固化土中孔隙可成倍提高固化土强度，但其膨胀也可破坏胶结性水化物形成的结构。因尚不掌握膨胀性水化物与胶结性水化物生成速率的匹配关系，故未能充分利用膨胀填孔的作用，限制了高强固化土的获得。本研究拟采用水化物生成速率不同的胶结性组分和膨胀速率不同的膨胀性组分组合构成系列固化剂固化软土，观测在胶结性水化物形成的不同强度的胶结结构中膨胀性水化物的形成对固化土微结构和强度的影响；通过对试验结果的理论和统计分析，考察适于膨胀的胶结强度限值、不同胶结强度下膨胀的发生与膨胀作用效应的关系、膨胀结束后剩余胶结性水化物生成量与膨胀作用效应的关系，最终建立膨胀性水化物与胶结性水化物相对生成速率与固化土强度的关系模型。该模型可为高效固化剂和高强固化土的制备提供理论基础。

软土固化技术是应用最广泛的软土地基处理技术，我国每年固化剂用量在亿吨级。现有的以水泥为主的软土固化剂不能满足制备高强固化土的要求。有研究表明：利用膨胀性水化物（钙矾石，AFt）填充固化土中孔隙可成倍提高固化土强度，但其膨胀也可能破坏胶结性水化物（水化硅酸钙，C-S-H）形成的结构。因尚不掌握膨胀性水化物与胶结性水化物生成速率的匹配关系，故未能充分利用膨胀性水化物的填孔作用，限制了高强固化土的获得。为解决这一问题，本研究做了以下研究工作：（1）采用水泥与粒化高炉矿渣等胶凝材料按照不同比例混合，制成一系列胶结速率不同的胶凝材料，并通过净浆强度试验和热重试验测试各种胶凝材料中C-S-H的生成速率；选取典型的胶凝材料以不同掺量与土样混合制备成固化土，测试固化土28d强度以及强度发展曲线，针对不同的强度等级分别得到一系列28d强度相近、强度发展速率不同的基准组固化土。（2）通过对现有的膨胀剂的文献调研和试验测试，选取和制备出一系列AFt生成速率（膨胀速率）不同的膨胀剂，并测试膨胀剂的膨胀速率发展曲线。（3）将上述制备的膨胀剂以不同掺量掺入基准组固化土中，制备成膨胀-胶结复合型固化剂固化土，测试固化土强度发展曲线，分析固化土中AFt的作用效应与胶结强度发展的关系对固化土结构和强度的影响。结果表明：在起始膨胀时固化土中具有适当的胶结强度能够限制粘土团粒的自由移动，从而能够增强AFt填充固化土孔隙的作用效果，得到更加密实的固化土结构，进而有利于增强膨胀结束后生成的C-S-H包裹胶结土颗粒和填充固化土孔隙提高固化土强度的效率；同时，减小膨胀过程持续的时间有利于减小膨胀对固化土胶结结构的破坏作用，有利于提高固化土强度。（4）通过测定膨胀-胶结复合型固化剂固化土强度、固化土孔隙液的Ca(OH)2 (CH) 饱和度以及不同龄期固化土中AFt和C-S-H的生成量，研究固化土孔隙液的CH饱和度对膨胀-胶结复合型固化剂固化土强度的影响机理。结果表明：固化土孔隙液CH饱和度能够影响固化土中C-S-H的生成速率和生成量，进而改变固化土中AFt和C-S-H的生成过程的协调性，从而影响固化土强度。（5）对（3）中得到的试验结果进行数理统计分析，得到固化土强度与固化土中膨胀性水化物与胶结性水化物相对生成速率的关系模型，并验证了该模型的准确性。本研究得到的结果可为高效固化剂设计和高强固化土的制备提供理论基础