淺談化學(xué)分析和熱分析在水泥深層攪拌樁中的質(zhì)量檢測方法

李云妹

【摘要】水泥攪拌樁已經(jīng)成為處理我國公路軟土地基常用的方法，此種方法工藝設(shè)備較為成熟、操作比較簡單，且其造價(jià)相對經(jīng)濟(jì)，所以在我國高速公路施工上使用比較普遍。基于水泥攪拌樁的重要地位，應(yīng)該對其質(zhì)量進(jìn)行檢測研究。本文通過對水泥深層攪拌樁進(jìn)行簡介，分別對化學(xué)分析與熱分析兩種質(zhì)量檢測方法進(jìn)行了初步的闡述。

【關(guān)鍵詞】水泥深層攪拌樁；化學(xué)分析；熱分析

雖然水泥深層攪拌樁已在我國軟基加固上普遍使用，但是對于我國軟土地基的來說，其情況非常復(fù)雜，且其深層攪拌的技術(shù)工藝并不完善，加固機(jī)理也需要提高，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對深層攪拌樁的質(zhì)量檢測。應(yīng)通過多種質(zhì)量檢測方法對其質(zhì)量進(jìn)行檢測分析，確保水泥深層攪拌樁的樁身質(zhì)量，防止工程事故的發(fā)生。特別在深層攪拌樁成樁初期，加固土體的強(qiáng)度并不穩(wěn)定，不能通過除熱分析和化學(xué)分析的其他檢查方法進(jìn)行檢測時，應(yīng)采用此兩者方法，對其質(zhì)量進(jìn)行檢測。

一、水泥深層攪拌樁簡介

水泥深層攪拌樁的工作過程指：通過使用水泥來做固化劑，依據(jù)具有特殊性質(zhì)的深層攪拌機(jī)器，使水泥等一些固化劑注入到軟土地基里，在加固深度層里，使水泥與軟土相互融合，通過這兩者相關(guān)的化學(xué)和物力反映，將軟土轉(zhuǎn)變成具備水穩(wěn)定性、整體性的具備一定強(qiáng)度的水泥土，將其做成樁體，使其成為深層攪拌樁并與地基土完成相同作用。

水泥深層攪拌樁能夠?qū)⒖偝两盗拷档?，并能將地基的變形狀況改善，能夠承受相對比較大的加荷數(shù)量。與其他施工措施對比，深層攪拌法成本更低，施工的工期要更短，而且對相聯(lián)建筑物影響較小，因此，目前的公路建設(shè)與市政工程建設(shè)對其使用的比較多。

但是總的來說，水泥深層攪拌樁在工程實(shí)施里存在一些問題。比如水泥均與性不高。強(qiáng)度差、不能有效降低沉降量、用量難以控制等問題，導(dǎo)致加固效果受到影響。因此，在施工時，必須采取有效的科學(xué)質(zhì)量檢測方法，對水泥深層攪拌樁的質(zhì)量進(jìn)行控制。

二、應(yīng)用化學(xué)分析話對水泥深層攪拌樁進(jìn)行質(zhì)量檢測

（一）化學(xué)分析的原理

化學(xué)分析方法主要是對樣品的物質(zhì)成分進(jìn)行分析。試樣品在與加固土被深層攪拌后，樣品的物質(zhì)成分也相應(yīng)發(fā)生了變化，通過其變化了解固化劑的作用。對水泥來講，其對軟土的加固機(jī)理，是土中的粘土礦物或水溶液的一些具有活性的陽離子與水泥顆粒發(fā)生反應(yīng)，通過此置換反應(yīng)產(chǎn)生了新的化合物質(zhì)，此后水泥土慢慢凝固并硬化，使得土中形成了跟原狀土不一樣的網(wǎng)站結(jié)晶物與纖維膠凝物，改善了軟土的性質(zhì)。加固土中的水泥含量的不同，其影響軟土改性的效果也是不同的。在化學(xué)反應(yīng)上來講，水泥深層攪拌樁的本質(zhì)是土顆粒、水泥顆粒和土中的孔隙水等一些物質(zhì)進(jìn)行的三相化學(xué)平衡反應(yīng)。由于反應(yīng)時，體系少有甚至沒有與外面的物質(zhì)產(chǎn)生交換，所以在反應(yīng)前后，體系中只發(fā)生了物相變而基本沒有改變物質(zhì)的組成成分。這種現(xiàn)象，使得我們可以通過對反應(yīng)前后水泥、軟土的化學(xué)成分的分析，來計(jì)算水泥的含量，并評價(jià)水泥土的均勻性。

一般將高含水量與孔隙比的第四紀(jì)系湖、濱、河、海、三角洲的軟質(zhì)土作為加固對象。這些地域的軟土，主要具有Fe2O3、Al2O3、SiO2這三種氧化物，其中Al2O3的含量范圍在10%左右，SiO2的含量范圍為65%-70%，三種物質(zhì)含量占總氧化物含量的80%左右，此類軟土中含有的CaO含量一般在2%。

可以看出，常用水泥與一般水泥中的CaO含量是大不相同的。其含量在常用水泥中有60%，而在一般軟土中只有2%左右。因此將少量的水泥摻入軟土中，會使其CaO含量明顯增加。一定時間段內(nèi)，即使隨著水泥齡期的增長，其含有的CaO量也不會發(fā)生多少變化。所以可以采用CaO含量指標(biāo)來對水泥進(jìn)行測試，此方法方便而且經(jīng)濟(jì)。

（二）化學(xué)分析的方法

化學(xué)分析方法來對水泥深層攪拌樁土中的水泥含量進(jìn)行計(jì)算的做法是，設(shè)定深度范圍，對在其范圍內(nèi)進(jìn)行分段取樣，檢測其中含有的CaO，并同時測定固化劑與原狀土中的CaO含量，通過比較CaO含量指標(biāo)來獲得結(jié)論。水泥土的水泥摻入比是指摻入的水泥重量與被加固土重量的比值。公式表示如下：

水泥摻入比= *100% （1）

水泥含量= （2） *100%

三、應(yīng)用熱分析話對水泥深層攪拌樁進(jìn)行質(zhì)量檢測

（一）熱分析的原理

熱分析技術(shù)是指測量物質(zhì)隨著溫度變化的物質(zhì)性質(zhì)的技術(shù)。熱分析方法是物質(zhì)在加熱時，對其發(fā)生的融化、氧化、升華、失水、還原、分解、相變、物質(zhì)的相互作用等種種物理反應(yīng)進(jìn)行研究，通過研究，確定物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理以及其物質(zhì)組成成分。通過采用熱分析方法，對土體的相互作用機(jī)理以及深層攪拌樁的水泥進(jìn)行研究，觀察其在發(fā)生熱反應(yīng)時，物質(zhì)發(fā)生的變化，以此來判斷深層攪拌樁的半定量與定量評價(jià)。

（二）熱分析方法

通常對深層攪拌樁進(jìn)行熱分析時，采用的方法是熱重聯(lián)合分析法與差熱法。利用現(xiàn)代熱分析實(shí)驗(yàn)器材，可以得到一個樣品的兩種熱分析曲線圖，即熱重分析曲線圖與差熱分析曲線圖。

熱重分析曲線圖研究的是物質(zhì)在受熱后，其重量的變化圖，其中，物質(zhì)出現(xiàn)的溫度以及變化的大小，由物質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)決定。所以可以通過分析試樣品加熱過程發(fā)生的重量變化情況，對物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分與鑒別。差熱曲線圖將試樣品通過加熱，發(fā)生的水解、失水以及相變等變化形成的放熱或加熱反應(yīng)記錄在曲線上，通過研究物質(zhì)的熱量變化，分析物質(zhì)發(fā)生的物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和過程。

依據(jù)水化水泥與原狀土的熱分析曲線特征，對水泥深層攪拌樁試樣品的差熱曲線、熱重曲線進(jìn)行分析，這是水泥土做熱分析的根本方法。物力、化學(xué)反應(yīng)將水泥與軟土混合形成的水泥深層攪拌樁熱分析圖，必須具備水化水泥與原狀土這兩種熱分析曲線圖的綜合特性。以這些熱反應(yīng)曲線圖依據(jù)，來判斷深層攪拌樁中水泥在土中的變化以及水泥的含量。通過熱分析方法得到的分析結(jié)果，可以與化學(xué)分析方法得到的結(jié)果相互應(yīng)證。判斷熱曲線圖中各物質(zhì)的數(shù)據(jù)特征，依據(jù)半定量或者定量的計(jì)算方法，來分析試樣品中物質(zhì)的構(gòu)成成分以及含量。

1、原狀土熱反應(yīng)特征

通過化學(xué)分析與顆粒分析，可以得知，原狀土樣中粉土的CaO的含量范圍是3.97%左右。粉質(zhì)粘土中CaO含量范圍是1.37%左右。通過鑒定，原狀土由風(fēng)化長石、石英砂、粘土礦物以及白云母等物質(zhì)組成。粘土礦物一般是伊利石與蒙脫石，其在原狀土中的存在是產(chǎn)生熱反應(yīng)的主要原因。

2、水化水泥熱反應(yīng)的特征

經(jīng)過對熱重曲線分析得知，水泥土與原狀土相對比，其結(jié)晶水脫失重量、吸附水以及總失重量都比原狀土中要大。這是因?yàn)樗嘣诎l(fā)生水化反應(yīng)過程時，將Ca2+離子不斷脫離，當(dāng)溶液中此種離子飽和度過高時，此離子會與Al2O3、SiO反應(yīng)，產(chǎn)生不溶于水的凝膠物質(zhì)，最后使得土中的結(jié)晶水或者是膠體水含量提高。

結(jié)束語

運(yùn)用化學(xué)分析方法和熱分析方法對水泥的深層攪拌樁質(zhì)量進(jìn)行檢測，因其分析結(jié)果真實(shí)而且客觀，可以有效的反映深層攪拌樁的質(zhì)量狀況。通過對水泥深沉攪拌樁的質(zhì)量進(jìn)行分析與控制，可以及時調(diào)整施工過程中的問題，有效的控制深層攪拌樁的質(zhì)量。

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