固化土的持水特征和水分转化规律研究

固化处理是一种常用的软弱土加固方法，在固化过程中，由于固化材料的水化反应和水化产物在土中的作用，导致土中不同势能的水分发生了变化，而这一变化有望成为揭示土固化机理的有效指标。本研究采用高速离心机和压榨法测定固化土中不同势能的水分变化，建立起固化土的水分特征曲线方程和水分转化模型。并针对不同水分势能状态的固化土采用XRD和SEM方法测定水化产物的种类和数量，以期建立水分与水化产物的定量关系。在宏观上，利用粒径分析、孔隙分析、压缩试验、无侧限抗压强度试验和三轴试验测定固化土的物理力学性质，并通过对固化材料水化反应特点和典型势能段的水分量与固化土物理力学性质的分析，建立起从水分转化指导固化材料配方设计和固化土物理力学性质预测的方法，为固化技术在软弱土加固中的应用提供理论指导。

在利用固化材料（如水泥、石灰、粉煤灰、工业废料）加固软土的过程中，固化机理的研究一直是固化研究的核心任务，传统的方法大多从宏观力学性质、微观扫描电镜结构观察、X射线产物鉴定方面对固化机理进行解释。由于固化反应的核心是水分参与反应，水分的消耗和转化与固化产物的产生和作用极为相关，本项目首先对固化土中的水分进行了划分，提出了淤泥固化过程中的水分转化模式，并利用研发高势能水分测定系统和高速离心机，测定了最大势能pF6.5的全势能水分特征曲线，建立了水分转化量与固化土宏观力学性质的关系，并提出了早强型固化材料的设计方法。通过研究，取得了以下重要成果：（1）提出了水泥改性土中水分的分类方法，基于土水间的结合势能将水分划分为矿物水(pF>7.0)、结合水(pF3.8~7.0)和自由水(pF<3.8)，并将结合水划分为强结合水(pF5.2~7.0)和弱结合水(pF3.8~5.2)，这一体系划分为土中水分的研究提供了基础；（2）建立了土中水分的转化模型，水泥改性土的过程中，假设土颗粒本身结合的矿物水、强结合水、弱结合水不发生变化，土中的自由水由于水泥的反应，会由自由水向结合水和矿物水发生转化，水分转化的量与水化产物的量之间存在定量对应关系；（3）测定了全势能段的土水特征曲线，曲线整体都呈S型式，随着固化材料量和反应时间的增加，曲线向上部移动，表明持有的水分越来越多；（4）建立了基于结合水和矿物水的固化土力学性质预测方法，提出了水分转化量与固化土强度、变形和破坏之间的定量关系；（5）建立了以水分转化理论为指导的早强型固化材料设计方法，研发了新型早强固化材料。 以上研究成果对于深入认识水泥固化土的微观反应过程和宏观力学性质的演化具有重要的理论意义。