有机质对水泥凝结的影响

2　试验结果与分析

对达到特定龄期的水泥土试块进行无侧限抗压强度试验。对需要测定水泥土试件应力应变关系的试验，在施加压力的过程中同时量测试块压缩变形量。

图3　水泥掺量对有机质水泥土强度的影响

图3给出了在有机质含量和含水量相同条件下，有机质土水泥加固试件的无侧限抗压强度随水泥掺入量变化而变化的情况。从中可以看出：在土中有机质含量（8％）相同的情况下，水泥掺量的增加可以显著提高水泥土的强度，特别是90d龄期时，水泥土的强度随水泥掺入量基本上按线性增长。这说明对有机质土，可以通过提高水泥掺入量来改善加固效果。而且从图3可知：对于有机质土，水泥土的强度同样随龄期有较大的增长；还表现为水泥掺量越高，强度随龄期增加的越快。

图4　有机质含量的变化对水泥土强度的影响

图4给出了不同龄期水泥土试件的无侧限抗压强度随有机质含量变化的情况。

从图4中可看出：在含水量（60％）和水泥掺量（15％）不变的情况下，有机质含量的增加可以明显降低水泥土的强度。早期强度随有机质含量的增大而减小的比较缓慢，而后期强度减小的比较快。有机质含量增加至20％，龄期为7d时，水泥土强度降低约30％；龄期为28d时，水泥土强度降低约为36％；龄期为90d时，水泥土强度减少接近一半，达到48.5％，这说明龄期越高，有机质含量对水泥土强度的影响越大。龄期为90d的水泥土，有机质含量为8％时，与不含有机质的水泥土相比，其强度降低22％，有机质含量达11％时，其强度降低33％。

从机理上分析，有机质的存在不仅影响水泥的水解与水化反应，不利于水泥土强度的形成；而且土中有机质对水泥土浆后期的硬凝反应也有较大的阻滞效应，不利于水泥土长期强度的形成。

图5显示了不同有机质含量的水泥土试件在90d龄期时的应力应变特征。

图5　不同有机质含量的90d水泥土的应力应变关系

从图5中可以看出：本次试验研究中，有机质含量为5％和8％时，水泥土强度达到峰值后基本不再有残余强度，显示出脆性破坏；而随着有机质含量的增大，水泥土峰值强度逐渐降低，峰值过后，仍具有一定的残余强度，显示出塑性破坏的特征。

从图5还可以看出：随着有机质含量的增加，90d龄期时水泥土试件达到峰值强度时的应变量也随之增大，如有机质含量为8％时，试件极限强度对应的应变约为1.0％，而有机质含量为14％时，试件极限强度对应的应变约为1.4％。显示出水泥土的初始模量随着有机质含量的增加而减小。有机质含量越高，初始模量减小的越缓慢。可以预测当有机质含量达到某一值时，有机质含量对水泥土初始模量的影响将越来越小。

通过本次室内配比试验研究，从宏观上可以看出：软土中的有机质存在是水泥土力学特性的一个重要影响因素。表现为：在相同水泥掺入量条件下，含有较高有机质的软土试件强度有较大幅度的降低，初始变形模量较低，达到峰值时的应变较大，峰值过后具有一定的残余强度。对于工程实践来讲，可以通过提高水泥的掺入量来改善水泥土的加固效果。

从机理上分析，软土中有机质含量的存在，使土体中的酸性增强，在水泥水化过程中，提前与一部分Ca（OH）₂发生反应，从而抑制了水化产物的生成，而且以离子形态存在的腐殖酸离子附着于土颗粒的表面，在土颗粒表面形成一层吸附膜，一方面这种酸离子会分解水泥水化产物，另一方面，这种酸离子影响了水泥水化产物与土颗粒之间的胶结，使水泥水化产物不能形成连续的网络状骨架结构，从而对固化土的强度产生影响。