水泥改性膨胀土孔结构试验研究文献综述

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1、水泥改性膨胀土孔结构试验研究文献综述王刚交通土建n0806062201.研究目的和意义膨胀土作为一种典型的非饱和土，具有显著的吸水膨胀软化和失水收缩开裂特性，它在全世界范围分布较广，对水利、道路等工程建设的危害较大，由于防治困难，膨胀土的工程问题一直以来都受到国内外学术界和工程界的高度重视。一些工程由于受膨胀土的胀缩性的影响，会出现浅层滑坡、地裂，新开挖的坑(槽)壁发生坍塌，引起渠道开裂、渗漏等灾害，因此对膨胀土的治理工作十分关键。在一些膨胀土地基处理方法中，通过化学固化剂改良膨胀土，由于其良好的性价比逐渐得到广泛的认可，对其加固机理、设计方法等方面的研究也正在逐步深入。国内外常用化学固

2、化剂有石灰、粉煤灰、水泥等，其中水泥不仅能有效改良膨胀土，而且对于渠道水质的污染较轻，相对其他固化剂更适用于膨胀土渠道工程。膨胀土是一种主要由强亲水性黏土矿物成分(蒙脱石和伊利石)组成的，具有膨胀结构以及多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土，也是典型的非饱和土。因其较大的往复胀缩性，也称胀缩土；有的裂隙很发育，被称为裂土。其化学成分主要为二氧化硅，三氧化二铝，三氧化二铁三种氧化物，总含量为81％～86％。其分布范围较广，具有较强的胀缩特性和裂隙性，对工程建设的危害较大，防治较为困难。随着膨胀土工程问题的增多，对膨胀土的研究已成为当前岩土工程的重要研究方向之一，并成为世界性的共同课

3、题。2国内外膨胀土研究历史最早膨胀土的工程问题是1938年美国垦务局在一座钢制虹吸管工程中首先认识并报道的，随后引起了世界范围内的广泛关注。1959年，美国在科罗拉多州召开了首次全国性的膨胀性粘土学术会议，1965第一届国际膨胀土研究会议在美国得克萨斯州举行，为工程地质学开辟了一个崭新的研究领域。1959年至1977年，英国、美国、罗马尼亚、前苏联和日本都相继在正式的土工规范与铁路规范等文件中增列了有关膨胀土的条文内容，充分反映了各国对膨胀土问题的重视及对其所采取的科学态度。20世纪70年代初，我国也开始有组织、有计划地在全国范围内开始大规模进行膨胀土特性的试验及理论研究工作。先后进行了

4、膨胀土普查并选择了若干试验研究基地建立长期观测网。在试验技术、基础理论研究及与工程建设密切相关的膨胀土处理措施等方面都积累了丰富的资料，取得了一些成果。并已编制出《膨胀土地区建筑技术规范》等相关标准。20世纪80——90年代膨胀土的研究重点主要集中在铁路路基处理上，铁路系统曾连续3次组织召开了全国膨胀土工程研究学术会议。此外，全国土力学及基础工程学会、铁道学会和工程地质学会等在全国性的学术会议中也设膨胀土专题讨论憎“。20世纪90年代以后，随着高速公路和基础设施建设的发展，针对膨胀土工程问题的系统试验研究和试验成果分析，在理论和实践上获得了很多有价值的资料。针对膨胀土对渠道建设的影响，国

5、内外许多学者也做出了相应的研究，采取了许多处理措施。上世纪70年代，美国垦务局对加利福尼亚Friant．Kem渠道采用石灰土衬砌，控制了白1951年渠道建成以来不断发生的开裂、滑移和坍塌问题。印度在上世纪80年代对多个膨胀土地区的渠道采用“砾质土置换+混凝土薄板"的衬砌结构，取得成功瞄圳。突尼斯在膨胀土地区渠道设计中大量采用“石灰土处理+混凝土薄板”的衬砌型式。南非则普遍采用“壤土置换+钢筋混凝土薄板+坡肩土工膜”的衬砌设计，并形成了一套较为成熟的设计与施工方法。以色列采用“催化沥青膜+混凝土薄板”设计方案，受下部土体膨胀作用，混凝土衬砌仍出现了裂缝。广西上思那板北干渠部分膨胀土渠道采用

6、“石灰土(或水泥土)+水泥砂浆’’的结构型式，也取得了较好的效果。水泥作为化学固化剂由于其强度高以及对水体污染小等特性，已经广泛应用于国内外的渠道建设中。美国德克萨斯州，俄亥俄州的一些灌溉渠道都用水泥土衬砌，运行20多年仍然完好。我国在60年代后期至80年代初期已开展了水泥土的实验研究，并应用于渠道衬砌，如内蒙古红领巾库灌渠，河南鸭河口灌渠等，这些渠道或护坡工程通过水泥土衬砌都取得较好的效果。3.水泥改良膨胀土机理当水泥掺入到膨胀土中后，会引起水泥的水解和水化反应，产生水泥水化物。一部分水泥水化物与黏土颗粒发生相互作用，水泥水化物中的氢氧化钙又与二氧化碳发生碳化作用。经过这些反应与相互作

7、用后，改变了膨胀土的原有性质。(1)水泥的水解和水化反应硅酸盐水泥主要由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等不同氧化物分别组成以下的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。将水泥拌入膨胀土中后，水泥颗粒表面的上述水泥矿物很快与土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等化合物，而生成的氢氧化钙、水化硅酸盐钙又能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生