浅谈化学分析和热分析在水泥深层搅拌桩中的质量检测方法

李云妹

【摘要】水泥搅拌桩已经成为处理我国公路软土地基常用的方法，此种方法工艺设备较为成熟、操作比较简单，且其造价相对经济，所以在我国高速公路施工上使用比较普遍。基于水泥搅拌桩的重要地位，应该对其质量进行检测研究。本文通过对水泥深层搅拌桩进行简介，分别对化学分析与热分析两种质量检测方法进行了初步的阐述。

【关键词】水泥深层搅拌桩；化学分析；热分析

虽然水泥深层搅拌桩已在我国软基加固上普遍使用，但是对于我国软土地基的来说，其情况非常复杂，且其深层搅拌的技术工艺并不完善，加固机理也需要提高，需要进一步加强对深层搅拌桩的质量检测。应通过多种质量检测方法对其质量进行检测分析，确保水泥深层搅拌桩的桩身质量，防止工程事故的发生。特别在深层搅拌桩成桩初期，加固土体的强度并不稳定，不能通过除热分析和化学分析的其他检查方法进行检测时，应采用此两者方法，对其质量进行检测。

一、水泥深层搅拌桩简介

水泥深层搅拌桩的工作过程指：通过使用水泥来做固化剂，依据具有特殊性质的深层搅拌机器，使水泥等一些固化剂注入到软土地基里，在加固深度层里，使水泥与软土相互融合，通过这两者相关的化学和物力反映，将软土转变成具备水稳定性、整体性的具备一定强度的水泥土，将其做成桩体，使其成为深层搅拌桩并与地基土完成相同作用。

水泥深层搅拌桩能够将总沉降量降低，并能将地基的变形状况改善，能够承受相对比较大的加荷数量。与其他施工措施对比，深层搅拌法成本更低，施工的工期要更短，而且对相联建筑物影响较小，因此，目前的公路建设与市政工程建设对其使用的比较多。

但是总的来说，水泥深层搅拌桩在工程实施里存在一些问题。比如水泥均与性不高。强度差、不能有效降低沉降量、用量难以控制等问题，导致加固效果受到影响。因此，在施工时，必须采取有效的科学质量检测方法，对水泥深层搅拌桩的质量进行控制。

二、应用化学分析话对水泥深层搅拌桩进行质量检测

（一）化学分析的原理

化学分析方法主要是对样品的物质成分进行分析。试样品在与加固土被深层搅拌后，样品的物质成分也相应发生了变化，通过其变化了解固化剂的作用。对水泥来讲，其对软土的加固机理，是土中的粘土矿物或水溶液的一些具有活性的阳离子与水泥颗粒发生反应，通过此置换反应产生了新的化合物质，此后水泥土慢慢凝固并硬化，使得土中形成了跟原状土不一样的网站结晶物与纤维胶凝物，改善了软土的性质。加固土中的水泥含量的不同，其影响软土改性的效果也是不同的。在化学反应上来讲，水泥深层搅拌桩的本质是土颗粒、水泥颗粒和土中的孔隙水等一些物质进行的三相化学平衡反应。由于反应时，体系少有甚至没有与外面的物质产生交换，所以在反应前后，体系中只发生了物相变而基本没有改变物质的组成成分。这种现象，使得我们可以通过对反应前后水泥、软土的化学成分的分析，来计算水泥的含量，并评价水泥土的均匀性。

一般将高含水量与孔隙比的第四纪系湖、滨、河、海、三角洲的软质土作为加固对象。这些地域的软土，主要具有Fe2O3、Al2O3、SiO2这三种氧化物，其中Al2O3的含量范围在10%左右，SiO2的含量范围为65%-70%，三种物质含量占总氧化物含量的80%左右，此类软土中含有的CaO含量一般在2%。

可以看出，常用水泥与一般水泥中的CaO含量是大不相同的。其含量在常用水泥中有60%，而在一般软土中只有2%左右。因此将少量的水泥掺入软土中，会使其CaO含量明显增加。一定时间段内，即使随着水泥龄期的增长，其含有的CaO量也不会发生多少变化。所以可以采用CaO含量指标来对水泥进行测试，此方法方便而且经济。

（二）化学分析的方法

化学分析方法来对水泥深层搅拌桩土中的水泥含量进行计算的做法是，设定深度范围，对在其范围内进行分段取样，检测其中含有的CaO，并同时测定固化剂与原状土中的CaO含量，通过比较CaO含量指标来获得结论。水泥土的水泥掺入比是指掺入的水泥重量与被加固土重量的比值。公式表示如下：

水泥掺入比= *100% （1）

水泥含量= （2） *100%

三、应用热分析话对水泥深层搅拌桩进行质量检测

（一）热分析的原理

热分析技术是指测量物质随着温度变化的物质性质的技术。热分析方法是物质在加热时，对其发生的融化、氧化、升华、失水、还原、分解、相变、物质的相互作用等种种物理反应进行研究，通过研究，确定物质的反应机理以及其物质组成成分。通过采用热分析方法，对土体的相互作用機理以及深层搅拌桩的水泥进行研究，观察其在发生热反应时，物质发生的变化，以此来判断深层搅拌桩的半定量与定量评价。

（二）热分析方法

通常对深层搅拌桩进行热分析时，采用的方法是热重联合分析法与差热法。利用现代热分析实验器材，可以得到一个样品的两种热分析曲线图，即热重分析曲线图与差热分析曲线图。

热重分析曲线图研究的是物质在受热后，其重量的变化图，其中，物质出现的温度以及变化的大小，由物质的化学组成和结构决定。所以可以通过分析试样品加热过程发生的重量变化情况，对物质进行区分与鉴别。差热曲线图将试样品通过加热，发生的水解、失水以及相变等变化形成的放热或加热反应记录在曲线上，通过研究物质的热量变化，分析物质发生的物质和化学反应机理和过程。

依据水化水泥与原状土的热分析曲线特征，对水泥深层搅拌桩试样品的差热曲线、热重曲线进行分析，这是水泥土做热分析的根本方法。物力、化学反应将水泥与软土混合形成的水泥深层搅拌桩热分析图，必须具备水化水泥与原状土这两种热分析曲线图的综合特性。以这些热反应曲线图依据，来判断深层搅拌桩中水泥在土中的变化以及水泥的含量。通过热分析方法得到的分析结果，可以与化学分析方法得到的结果相互应证。判断热曲线图中各物质的数据特征，依据半定量或者定量的计算方法，来分析试样品中物质的构成成分以及含量。

1、原状土热反应特征

通过化学分析与颗粒分析，可以得知，原状土样中粉土的CaO的含量范围是3.97%左右。粉质粘土中CaO含量范围是1.37%左右。通过鉴定，原状土由风化长石、石英砂、粘土矿物以及白云母等物质组成。粘土矿物一般是伊利石与蒙脱石，其在原状土中的存在是产生热反应的主要原因。

2、水化水泥热反应的特征

经过对热重曲线分析得知，水泥土与原状土相对比，其结晶水脱失重量、吸附水以及总失重量都比原状土中要大。这是因为水泥在发生水化反应过程时，将Ca2+离子不断脱离，当溶液中此种离子饱和度过高时，此离子会与Al2O3、SiO反应，产生不溶于水的凝胶物质，最后使得土中的结晶水或者是胶体水含量提高。

结束语

运用化学分析方法和热分析方法对水泥的深层搅拌桩质量进行检测，因其分析结果真实而且客观，可以有效的反映深层搅拌桩的质量状况。通过对水泥深沉搅拌桩的质量进行分析与控制，可以及时调整施工过程中的问题，有效的控制深层搅拌桩的质量。

参考文献

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