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二土”评论(一)——对《水泥土加固体的劣化特性研究进展》一文的评述

2021.06.01 阅读 1259

水泥可以视为岩土固化剂(水硬性胶凝材料)的一个通用性产品种类,因而,水泥土也是固化土中最为常见的一类。水泥土在路基、地基处理、防渗、填筑等工程领域中发挥着无可替代的重要作用。

水泥土加固体的耐久性如何?其劣化特性如何?

客观上说,因为大部分水泥土“藏于九地之下”,属于“隐蔽工程”,一旦工程完成,很少再暴露出来,可以直观观察水泥土劣化特性的机会较少,因此对这个问题关注与研究,远没有对混凝土劣化和耐久性问题那样广泛而深入。

大部分埋入地下的水泥土,一般情况下,除了地下水位变化区和地表浅层,其温度和湿度的变化相对较小,温度和湿度循环作用加速水泥土劣化的程度明显小于地上部分。这是水泥土耐久性的有利条件。

不利的因素,正如该文所说——如果土质中含有腐蚀物质,则水泥土从一开始即遭受侵蚀,且这种侵蚀长期持续发生。这种情况,酸类(如腐殖酸)的腐蚀对水泥土最为明显。

至于盐类,其情况应该分析看待:如土中含盐量不多,某些对水泥硬化体危害不大的盐分,如NaCl,其实对水泥固化体并没有明显的危害,且这些盐类往往还能提高固化体的早期强度。如果是硫酸盐类,少量的硫酸盐对水泥水化硬化并无不利影响(水泥中含有起调凝作用的石膏),甚至对某些水泥(如矿渣水泥)还能起增强的作用。但是如果含量较高,其危害性就会逐步显现,如果有土中含有或外来持续补充足够的SO42-,水泥土固化土必然会遭受严重的硫酸盐腐蚀。

盐类对水泥土的腐蚀,大致分为两类,一种是物理腐蚀,一类为化学腐蚀。物理腐蚀主要是盐类在温度和湿度变化时,孔隙中盐溶液的溶解-重结晶产生的晶体膨胀应力破坏土体,这种情况最严重的往往发生在地表以上的干湿交替和冻融交替区;地下大部分情况温、湿度变化小,因此物理腐蚀作用不明显;化学腐蚀则是水和侵蚀物质长期与水泥水化产物持续反应,造成水泥固化土性能的下降。典型的是溶蚀作用,即溶液带走了水泥水化产物中的Ca2+,造成水化产物的解体,这就是文中提到的——CaO含量分布与强度分布一致。其次典型的是硫酸盐腐蚀,土中和地下水中的SO42-,会持续与水泥的水化产物Ca(OH)2反应生产膨胀性产物——石膏或者钙矾石,这些膨胀性产物早期有填堵空隙、密实土体的作用,如果后期仍然持续发生,将崩解土体结构,造成固化体的崩溃。

抵抗化学腐蚀,最为重要的措施就是提高固化土体的密实性,这样可以减少或延缓溶蚀作用。至于避免或减轻硫酸盐腐蚀,需要从改善胶凝材料体系入手,例如降低胶凝材料的Ca2+,一个常用的方法是添加低钙的粉煤灰,一方面替代高钙的水泥,同时粉煤灰又在后期通过火山灰反应,消耗水泥产生的Ca2+,同时二次水化产物再一次增强了土体微结构,这对降低硫酸盐腐蚀是十分有利的。

需要指出的,处于地下空间的固化土,应该充分利用好地下长期接近恒温、恒湿的有利养护条件,不追求固化土较高的早期强度,这样可以加大粉煤灰等活性矿物掺合料的掺量,既节约了水泥,又有利于固化土后期强度的增长,提高其抵抗侵蚀的能力。



作者简介:

周永祥,博士/研究员,研究生导师。中国建筑科学研究院固废处置与资源化研究中心主任,国家建筑工程技术研究中心建材研究部主任,CCPA岩土稳定与固化技术分会秘书长,中国建筑学会建筑材料分会副理事长兼秘书长,中国岩石力学与工程学会岩土地基工程分会副理事长等。清华大学、北京交通大学、武汉大学、湖南大学、山东大学等校外导师。

研究方向:岩土稳定固化、混凝土及固废利用,涉及基础研究、标准规范和工程应用技术与产品开发。15801570532,xiangzizhou2006@126.com



附件一:《水泥土加固体的劣化特性研究进展》