2.4 水泥土的长期稳定性和抗冻性

2.4.1 水泥土的长期稳定性

我国应用搅拌桩已30 余年，美国、日本等国家应用已达半个世纪，并未发生任何因水泥土性质发生变异而引发的工程事故。日本S.Saitoh（1988）进行了普通硅酸盐水泥和高炉炉渣水泥加固日本海相黏土的室内强度试验,试验结果表明：无论加固土样和水泥种类如何，水泥土试样的无侧限抗压强度随龄期增长而增长，5年龄期的水泥土无侧限抗压强度约为28d龄期时的2～5倍。N.Yoshida等研究了海底疏浚淤泥，含水量w=140%～150%，用普通硅酸盐水泥和添加剂（木质素等）加固，水泥掺入量仅为土体湿重度的5%，15年无侧限抗压强度为21d时的2～3倍；M.Ikegami （2002） 进行了普通硅酸盐水泥加固日本海相黏土的现场强度试验,试验结果表明：软土分上、中、下三层，含水量w分别为80%～100%、50%～60%、60%左右，普通硅酸盐水泥用量为180kg/m³，20年无侧限抗压强度为93d时的1.6～2.6倍。

我国对某一现场的水泥搅拌桩于施工4年后取样，测定桩体内各点及桩周末加固土的含钙量，其结果显示桩体界面处的含钙量并未减少。由于桩体强度主要是借硅酸钙水化物胶体的强度来提供，故可推知桩体在4年后的强度并未衰减。此外，还比较了90d龄期与4年龄期的桩体强度，其结果也很接近。因此，可以认为水泥搅拌桩强度的长期稳定性甚为可靠。

2.4.2 水泥土的抗冻性

试验表明，负温一般不影响水泥搅拌桩施工，但它会使水泥土化学反应停滞，推迟搅拌桩强度的发展。将水泥土试件放置于自然负温下进行抗冻试验表明，其外观无显著变化，仅少数试块表面出现裂缝，有局部微膨胀或出现片状剥落及边角脱落，但深度及面积均不大，可见自然冰冻没有造成水泥土深部的结构破坏,但强度会有所损失。

水泥土试块经长期冰冻后的强度与冰冻前的强度相比几乎没有增长。但恢复正温后其强度能继续提高，冰冻后正常养护90d的强度与标准强度非常接近，抗冻系数达0.9以上。水泥土抗冻试验结果见表2-12。

在自然温度不低于-15℃的条件下，冻胀对水泥土结构损害甚微。在负温时，由于水泥与黏土之间的反应减弱，水泥土强度增长缓慢；正温后随着水泥水化等反应的继续深入,水泥土的强度可接近标准强度。

在水泥土固结具有一定强度后，冰冻对水泥土强度有较大的影响。将标准养护28d的水泥土进行分组试验，一组直接进行无侧限抗压强度测试；另一组循环冻融25次以后再进行无侧限抗压强度测试，试验中水泥土冻融循环采用快冻法冻融，28d龄期不同水泥掺入量冻融前后强度对比见表2-13，水泥土冻融前后抗压强度对比见图2-6。

从表2-13可见，未经冻融循环的水泥土试件强度和经过冻融循环的水泥土试件强度增长趋势基本相同，都呈现上升趋势。但是从强度损失的角度分析，水泥掺入比为5%的水泥土冻融循环后的强度损失了82.86%，而水泥掺入比为25%的水泥土冻融循环后的强度损失仅仅为48.04%。从图2-6中可知，随着水泥土冻融前无侧限强度的增长，水泥土冻融后的强度也在持续的增长，说明水泥土冻融前后的无侧限抗压强度存在良好的正相关关系。

因此，水泥土经过负温冰冻后，应待正温条件下，强度恢复增长到设计强度后，方可投入使用。而在高寒地区冻土层中，水泥土使用时，会经历反复的冻融作用，其设计强度应当考虑循环冻融所造成的强度损失。