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水泥改性强膨胀土的试验及改性机理研究
水泥改性强膨胀土的试验及改性机理研究
摘要：
本文针对强膨胀土进行了水泥改性试验，研究了水泥改性对强膨胀土工程性质的影响及改性机理。试验结果表明，水泥改性可以显著改善强膨胀土的荷载承载能力、抗裂性能、耐水性和耐久性。改善机理主要体现为水泥与强膨胀土晶体化学反应和填塞作用，同时也通过微观孔隙的填充与连通改善了微观结构。
关键词：强膨胀土；水泥；改性；试验；机理
1.引言
强膨胀土是一种具有膨胀性的特殊土壤类型，其膨胀系数通常大于10%。由于其膨胀作用的影响，强膨胀土在工程中易造成土体开裂、变形等问题，对基础的稳定性和安全性产生严重威胁。因此，针对强膨胀土的加固性能提高研究已成为工程领域中的重要问题。
其中，水泥改性强膨胀土是一种常见的强化方法，其加固效果显著，得到了广泛的应用。通过水泥与强膨胀土反应形成的化学物质和胶凝产物，可以增强土体的稳定性和耐久性，从而取得良好的加固效果。但是，水泥改性强膨胀土的机理尚不清楚，该文旨在通过试验，研究水泥改性强膨胀土的机理及加固效果。
2.试验方法
2.1材料选择
所选用的土样来自于某水利工程现场，为粘性土，其含水率为25%，密度为1.7g/cm³。水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥。
2.2试验设计
试验计划分为两组，第一组为强膨胀土与水泥混合后养护28天的试验，第二组为强膨胀土与水泥混合后养护90天的试验。在试验过程中，将土样与水泥按照不同比例混合，形成不同配比的试件。混凝土的水泥掺量分别为10%、15%、20%、25%、30%。每个试验组中设置6个试件，对应不同水泥掺量。
2.3试验参数
试验指标包括：荷载承载能力、抗裂性能、耐水性和耐久性。
荷载承载能力：在试验设备上进行压缩试验，选取稳态荷载承载能力进行比较分析。
抗裂性能：采用三点弯曲试验法，通过分析裂缝的宽度和形态，分析水泥掺量对强膨胀土抗裂性能的影响。
耐水性和耐久性：通过进行水浸、干湿交替、冻融循环等试验，比较试验前后的试样性能和外观的差异，分析水泥掺量对强膨胀土耐水性和耐久性的影响。
3.试验结果
基于试验设计，对试验结果进行整理和分析：
3.1荷载承载能力
测试结果表明，水泥加固后强膨胀土的荷载承载能力明显提高。随着水泥掺量的增加，试验结果总体上呈现出增高的趋势。此外，试验前期，强膨胀土发生了明显的塌陷现象，但随着时间的推移，土样的压实和约束状态逐渐稳定，并呈现出稳定的荷载承载能力。
3.2抗裂性能
水泥对强膨胀土的抗裂性能提高效果明显。在试验过程中，裂缝的宽度和数量明显下降，表现为在同样的荷载下，强膨胀土的变形程度得到减轻，且裂缝的形态和数量变得规整。
3.3耐水性和耐久性
水泥掺量对强膨胀土耐水性和耐久性的影响也非常显著。在正常和极端的考验中，掺水泥的强膨胀土表现出了更高的耐水性和耐久性。在水浸和干湿交替试验中，没有发现裂纹和脱落的现象。在3次冻融循环试验中，表面仍然完好，强膨胀土未出现断裂现象。
4.分析讨论
通过试验结果，我们可以清楚地看到，水泥掺量对强膨胀土的加固效果有很大的影响。根据试验结果分析，水泥的有效作用来自于三个方面：填塞作用、晶体化学反应和微观结构调整。
在填塞作用方面，水泥对强膨胀土内部孔隙的填充和生成了更稳定的物质，填塞了微观缺陷，降低了土体的渗透系数和渗透率，从而提高了强膨胀土的密实度和稳定性，增加了土体的荷载承载能力。
在晶体化学反应方面，水泥和强膨胀土中的部分氧化铁、铝等粘土矿物发生了化学反应，产生了一系列的硅酸二氧化硅胶凝材料，从而进一步增强了土体的稳定性和耐荷能力。
最后，在微观结构调整方面，水泥可以通过填充和连通土体微观孔隙来有效改善强膨胀土的内部结构，填充了微观空洞，增加了土体的密实度和稳定性。同时，水泥还可通过化学结晶反应填孔作用，减少土体中间孔隙的数量，从而增强其稳定性。
5.结论
本试验通过实验方法，探究了强膨胀土水泥改性后的性质和加固机理。试验结果表明，通过掺水泥等化学材料来加固强膨胀土工程是有效的，能够显著提高其荷载承载能力、抗裂性能和耐水性。水泥的填塞作用、晶体化学反应和微观结构调整是其强加固效果的主要原因。本试验为进一步研究强膨胀土的加固机理提供了一定的理论基础和技术支持。