水泥穩定法是利用水泥等材料作為固化劑，通過特製的攪拌機械就地將土和固化劑強制攪拌，使土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，從而提高土體強度，增大變形模量。同時，風積沙土中含有大量的沙，地下水位高，含水率較大，在水的參與下，水泥與沙發生一系列的物理化學作用。
基本介紹
- 中文名：水泥穩定法
- 外文名：cement-stabilization treatment
- 學科：土木工程
- 影響因素：齡期、含水率、工藝等
- 機理：物理作用、化學作用等
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水泥土加固機理
(1)物理作用：土塊的機械粉碎作用，混合料的拌和、壓實作用等。
(2)化學作用：水泥顆粒的水化、硬化作用，有機物的聚合作用，水泥水化產物與粘土礦物之間的化學作用等。
(3)物理—化學作用：粘土顆粒與水泥及水泥水化產物之間的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化產物的擴散、滲透作用，水化產物的溶解、結晶作用等。由於開封風積沙土中含水量較大，水泥的水化和水解作用較為充分，產生具有膠結能力的水化產物。風積沙土中存在大量細粒土，具有非常高的比表面積，雖然對水化產生的膠凝產物具有強烈的吸附性，並對水化產物中的氫氧化鈣也具有極強的吸附作用，影Ⅱ向水泥水化產物的穩定性，但大量顆粒細小、比表面積大的土的存在，使其具有較高的活性，離子交換作用較為明顯，在一定程度上改變了土的塑性。最主要的是水泥分布在沙中，形成堅固的核心，在所有的空隙中形成水化水泥的骨架，藉以約束沙粒。
影響因素
水泥摻入量
水泥土的強度隨著水泥摻入比的增大而增加，尤其是當水泥摻入比大於10%後，強度增長非常明顯，但其增長並不是呈線性的。學者汪海鷗等通過對水泥摻入量分別為0.5%、12.5%、10%、15%、20%的6種水泥土所進行的7d、28d、90d無側限抗壓強度試驗驗證了這一現象。但水泥用量過多，雖然能獲得更高的強度，但在經濟上卻不一定合理，效果也不一定顯著，而且剛性過大容易開裂。在摻入水泥比較少時，水泥土的性質和土比較接近，表現為塑性破壞；摻入水泥比較多時，水泥土表現為脆性破壞，這在工程設計時應引起足夠的重視。試驗研究表明：開封地區風積沙土用摻入比6%的水泥進行穩定，水泥土劈裂強度為0.20MtM，7d抗壓強度不小於0.6MPa，均能滿足強度要求。當水泥劑量太小時，不能保證水泥穩定土的質量。而劑量太大時，不但不經濟，還會使基層的裂縫增多、增寬，從而引起瀝青面層的反射裂縫。所以必須科學控制水泥用量，做到技術、經濟最優，以確保工程質量。
水泥
齡期
在水泥穩定風積沙土中，水泥摻量很小，含水率高，並且含有大量粉土，水泥的水解和水化反應完全是在具有一定活性的介質——土的圍繞下進行；沙也對這一過程影口向較大，沙的強度增長速率顯然要比水泥混凝土小。其主要原因是：在水泥加固沙中，水泥用量相對較少，水泥的水化完全是在沙的圍繞下進行，沙具有相對較高的親水性，在水泥加固沙中出現“與沙爭水”的現象；同時，沙顆粒中的粉粘粒成分對鈣離子具有吸附作用，因此表現出水泥加固沙的強度增長要比水泥混凝土的強度增長慢。高含水率對水泥穩定風積沙土強度增長速度是有利的，但作用有限，其凝結速度和強度增長過程都比水泥混凝土緩慢。水泥土的強度隨著齡期的增長而提高，並且早期強度增長較快，齡期超過28d後仍有明顯增長。
含水率
含水率對水泥穩定土強度影響很大，當含水率不足時，水泥不能在混合料中完全水化和水解，發揮不了水泥對土的穩定作用，影響強度的形成。同時，達不到最佳含水率也影響水泥穩定土的壓實度。因此，在達到最佳含水率的同時，還要滿足水泥完全水化和水解作用的需要。開封地區風積沙土含水量大，部分地區尚需要井點降水才能進行正常施工，水量完全滿足水泥正常水化所需。但是開封地區常年多風，沙土表面極易失水，在施工過程中，還必須定期灑水養護，以利於水泥土強度增長。在含水率較低時，水泥水化反應不充分，隨著含水率的提高，其強度明顯增大。當含水率超過16%時，不利於水泥土的壓實，其強度反而下降。在水泥土施工拌和過程中，專職試驗人員應及時測定混合料的含水率，力求在最佳含水率條件下碾壓，儘量避免由於含水率過大而出現“彈軟”、“波浪”等現象，這均會影響混合料的密度和強度，增大混合料的乾縮性，使結構層容易產生乾縮裂縫或由於含水率偏小，使混合料容易鬆散，不易碾壓成型，影響混合料的密度和強度。所以只有嚴格按規範施工，加強每個施工環節的質量控制，才能保證施工質量。
有機質含量
有機質使土體具有較大的水溶性和塑性，並使土具有酸性。有機質特殊的結構特徵會阻礙和延緩水泥水化產物的形成及其與粘土顆粒間的相互作用。隨著有機質含量的增加，內摩擦角有明顯減小的趨勢，抗剪強度和無側限抗壓強度呈下降趨勢，而壓縮係數變化不大。因此，有機質含量高的土單純用水泥加固一般效果較差。儲誠富等通過試驗得到水泥土加固後的室內強度與有機質含量之間的定量關係，強度比隨著有機質含量的增加大致呈線性降低。
施工工藝
水泥、土和水拌和均勻，在最佳含水率下充分壓實，使乾密度達到最大，強度和穩定性提高。水泥土從開始加水拌和到完成壓實的持續時間要儘可能短，一般要控制在6h以內，時間過長則水泥凝結。並且風積沙土表面極易失水而達不到最佳含水率，在碾壓時達不到壓實度要求，使得水泥土強度下降。
工程套用
概況
鄭汴物流通道（開封境）區間全長4.953km，據鑽探揭露，該場地地面下8m內的地層主要由第四紀全新統沖積而成的低液限粉土、低液限粘土及含細粒土組成，並且地下水位較高，常年多風，在地下水的浸泡和長期風載荷作用下，形成了獨特的風積沙土地質。根據2006年修建鄭開大道時的經驗，路床土基強度及壓實度不能滿足結構要求。對路床採用30cm厚4%水泥處理後，效果良好，滿足工程建設彎沉要求和沉降要求，而且施工比較方便，工程進度快。該項目也採用30cm路床處理，但採用6%水泥處治含水量及含泥量高的風積沙土。
套用
事實證明風積沙土由於含水量較高，具有很好的路拌性能。而且路拌法可節約運輸費用，加快工程進度，方案比選之後決定採用路拌法施工。
在工程套用時，首先是下承層隹備，主要工作內容為粗略整平。路拌機由兩個輪控制左右平衡，一旦土層不平整，就會發生傾斜，拌和刀也隨之傾斜，發生上翹，出現一端拌和深度不夠，拌和不均勻或有夾層的現象。恢復中線後，根據中線按設計放路面邊緣線和路肩線，並用白灰打出邊線。按照所需厚度、寬度鋪好路肩，使其堅硬密實，路肩內側要切垂直。用水準儀找平後，兩側釘鋼釺，掛鋼絞線，以控制寬度和標高。採用緩凝型複合矽酸鹽32.5MPa水泥。
水泥攤鋪完成之後，路拌機就位進行作業，拌和要均勻，無夾層、無留底。路拌完成後，可採用履帶式拖拉機、推土機或履帶式挖掘機等機械進行整平和初壓。進行履帶穩壓3～5遍。之所以用推土機履帶穩壓，是因為履帶壓后土層表面有凹槽，有利於整平時的補土，可以避免光面相接產生起皮現象。
含水量控制較難，特別是對這種塑性指數較小的風積沙土，水少則難以壓實，水多又很容易翻漿。而其表層又極易失水，在攤鋪水泥前及拌和後應灑水，根據含水情況用灑水車噴灑適量水，使表面濕潤，但不可過濕，以免影響路拌機拌和。在碾壓過程中結構層表面應保持潮濕，如表面層水分過度蒸發，應及時補灑適量的水，使填料充分吸收水分，嚴禁灑大量水碾壓。碾壓完成後應及時灑水保溫養生，不得使穩定土表面出現乾燥和忽乾忽濕現象。
