水泥改良冻土过程水分转化规律及对强度的影响

尹振华，张建明，张 虎，王宏磊

(1.中国科学院 西北生态环境资源研究院 冻土工程国家重点实验室，兰州 730000；2.中国科学院大学，北京 100049)

多年冻土区的浅层高含冰量冻土不仅不能直接用于建筑工程的土方取土，修筑在其上的建筑也存在着融沉灾害的安全隐患[1-3]。土壤改良是将冻土与水泥、石灰等无机胶凝材料拌和、养护来改变冻土的力学性质，将其改良为适合工程应用的优质土方[4-5]。Yu等[6]使用水泥、纳米二氧化硅、聚丙烯纤维以及混合稳定剂对冻土进行了改良，减小了冻土的融沉量。Chai等[7-8]尝试使用了水泥和添加剂、氢氧化钠、硅酸钠、木质素磺酸钠、高吸水性聚合物等改良冻土，其中水泥和添加剂同时使用有效提高了冻土的强度。Sun等[9-10]分别采用硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥对冻土进行改良，其中硫铝酸盐水泥成功将冻土的融化压缩量降低到1.0%。以上众多学者尝试使用了多种不同材料对冻土进行改良，但对冻土改良的机理缺少更深入的研究。

冻土改良的过程伴随着冻土中冰的融化、水与水泥水化反应的进行。土中的水分可以分为自由水、结合水和矿物水[11]。其中自由水以液态形式存在，结合水吸附在固体介质的表面，矿物水则是水化产物的组成部分，并参与到晶格结构中[12]。水泥改良冻土时，冻土中冰发生融化，融化后的自由水部分转化为水化产物中的结合水和矿物水，水化产物的胶结、填充等作用，促使改良土体内部微结构发育，最终导致工程特性的变化[13-14]。……