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水泥深层搅拌桩粉煤灰外添剂试验研究水泥深层搅拌桩是一种广泛应用于软土地基加固的施工技术，其通过将水泥浆与原位土体强制搅拌形成强度较高的水泥土桩，从而提高地基承载力、减少沉降。然而，在某些软土地区，单纯使用水泥作为固化剂存在早期强度偏低、水化热不足、耐久性差等问题。为改善水泥土的工程性能，研究人员开始探索添加外掺剂以优化其力学特性与耐久性。
粉煤灰作为一种常见的工业副产品，具有火山灰活性和微填充效应，能够有效参与二次水化反应，改善水泥土的密实度和长期强度。本研究通过室内配比试验，系统探讨了不同掺量粉煤灰（10%～30%）对水泥深层搅拌桩水泥土物理力学性能的影响。试验采用标准养护条件，测定不同龄期（7d、28d、60d）试样的无侧限抗压强度、抗折强度及干缩性能，并结合扫描电镜（SEM）分析微观结构变化。
研究结果表明：适量掺入粉煤灰可显著提升水泥土的后期强度，尤其在28天后强度增长明显，且能有效降低材料的脆性和干缩开裂风险。当粉煤灰掺量为20%时，28天无侧限抗压强度较纯水泥组提高约15%，60天强度增幅更为显著。微观结构显示，粉煤灰促进了水化产物如CSH凝胶的生成，增强了界面过渡区的致密性。
l 影响强度增加的因素
由于粉煤灰的火山灰反应是在粉煤灰粒子的界面进行的，因此粒子界面的大小直接影响到反应生成物的数量jct 1077-2008 胶粉改性沥青玻纤毡与聚乙烯膜增强防水卷材，从而影响到强度的大小。
1.2 粉煤灰的比重
粉煤灰的活性影响因素申，比重是在物理作用中很重要的影响因素。比重较大的粉煤灰活性较好，坚硬而致密的粉煤灰颗粒比疏松多孔的粉煤灰颗粒具有更高的强度。
1.3 活性氧化物含量
由于火山灰反应原料之一即粉煤灰中活性氧化物，故SiO2和Al2O3的含量越高，其混合料强度越高。尤其是在28d以后，随龄期的增长，火山灰反应逐渐增强，其后期强度主要来自火山灰反应，强度的增长率与氧化物含量的关系更为密切。
1.4 CaO的含量
如前所述，火山灰反应原料之一为Ca(0H)2，。若粉煤灰中有足够的游离CaO，那么在有水的条件下将会生成Ca(0H)2，进而与粉煤灰本身的SiO2和Al2O3发生反应，生成胶凝性化合物，即为粉煤灰的自硬性。当然，一般粉煤灰中CaO含量较低，可通过外加石灰来激发其活性。
含碳量是指粉煤灰在800℃一900℃下能烧失的量，其主要成分为碳，所以粉煤灰的含碳量即烧失量。含碳量的大小对粉煤灰的活性有直接影响。碳的化学性质比较稳定，在水化作用中不参与反应。碳含量大，活性的SiO2和Al2O3及CaO就相应减小，使混合料强度降低。碳吸水后在碳粒表面形成薄膜，影响水分的渗透和水化反应的进行，从而降低了活性。此外，碳含量过多，还会影响到混合料的密实性，导致强度降低。
2 掺入粉煤灰的水泥土抗压试验方案
2.1 试验材料的物理力学性质
该试验所用土为新生界第四系全新统心沉积地层的粉质粘土，其物理力学性质如表1所示。水泥为太原水泥厂的425号矿渣硅酸盐水泥，水泥的各项质量指标均满足要求。采用的粉煤灰为太原市第二热电厂的干排灰，其化学成分如表2所示。
表1 试验土样的物理力学性质
表2 粉煤灰化学成分含量
将试验用模具清洗干净(模具选用立方体模具1O0mm×1O0mm×lOOmm)，向试验模具内表面均匀涂上一层矿物油脂。该试验采用等量取代法，即在总掺大量一定的情况下，用等质量百分含量的粉煤灰取代掺大水泥土中的部分水泥。
按总掺入比为15%，18%，21%，24%作为四个系列，每个系列根据水泥掺入比Aω= 9%与12%来相应改变粉煤灰的掺入量以保证总掺入比不变。分别称取土、水泥、粉煤灰和水等材料，人工充分搅拌均匀。每种配比制备两块试样，共16块。待混合完毕，将材料分层装入试验模具中，每层厚度大致相同，人工插捣均匀。然后刮除顶部多余的水泥土并用镘刀抹平；每日洒水养护。上覆塑料膜以保湿。待试样成型3d后拆模、编号，继续保持自然养护条件养护至28d龄期后进行试验。
2.3 无侧限抗压强度试验
2)测定养护龄期为28d，不同配比下水泥、粉煤灰加固立方体试样的无侧限抗压强度与应力一应变全曲线。
3)试样的承压面与成型时的顶面相垂直。为使承压面与压梁接触均匀，避免试样发生应力集申，在试样受压面顶部与底部分别垫有一块1OOmm(长)×lOOmm(宽)×lOmm(厚)的钢板。
db4201／t 652-2021 水环境保护溢流污染控制标准3 抗压强度试验成果分析
1)与纯水泥掺入的水泥加田土抗压强度对比。在总掺入比一定的情况下，当粉煤灰等量取代部分水泥时，试样的抗压强度有所下降，而且随着粉煤灰取代比的增加，抗压强度值fcu下降越多。具体见表3。
表3粉煤灰取代比与立方体抗压强度的关系
2）水泥含量一定时，试样抗压强度随粉煤灰掺入比的变化规律。当所掺入的水泥含量一定时，试样的抗压强度随着粉煤灰掺入比的增加而增大。这说明在水泥土中掺入粉煤灰可以提高其强度。这可以归结为:粉煤灰本身具有火山灰质的活性作用。通过粉煤灰中二氧化硅和氧化铝与水泥水化时产生的氧化钙反应，生成稳定水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而对材料起到增加强度的作用。此外，粉煤灰可以显著改善水泥土的和易性。在施工工艺一定的条件下，和易性的提高无疑可以改善水泥土的均匀性与密实度，进而提高水泥土材料的强度。
3)粉煤灰含量一定时，试样抗压强度随水泥掺入比的变化规律。当所掺入的粉煤灰含量一定时，试样的抗压强度随着水泥掺入比的增加而增大。以粉煤灰掺入比为9%为例，水泥掺入比为12%时的抗压强度为水泥掺入比为9%时的抗压强度的1.22倍。这验证了水泥掺大量的增加一定导致水泥土材料强度的提高。
4)影响因子。根据以上分析看出，粉煤灰和水泥掺入量的增加都会引起材料抗压强度的增大。针对两者对强度增大的影响力，可通过表4的分析得知，在粉煤灰、水泥两者掺入比增加相同的幅度时，水泥对强度的影响更大一些。
表4 粉煤灰和水泥掺入量对抗压强度增加率的影响
5)粉煤灰的掺入对早期强度和后期强度影响的原因分析。该试验未涉及龄期对有粉煤灰掺入的水泥加固体的影响试验，但根据已有的试验成果，可知粉煤灰的掺入使水泥土的早期强度降低，随着龄期的增大《蒸压灰砂砖 gb 11945-1999》，其火山灰反应的作用才逐渐得以发挥，掺入粉煤灰的优点在后期强度的增长中充分体现出来。现将引起这一变化的原因分析如下。
水泥与水接触后水化生成胶凝性化合物，并释放出一定量的Ca(0H)2，进而与SiO2和Al2O3反应，从而使水化产物逐渐由胶凝状态转化为微晶，提高其结晶度。而掺入粉煤灰后，由于置换了一部分水泥，故所产生的Ca(0H)2浓度不高，进而与SiO2和Al2O3反应生成的微晶量减少。此外，粉煤灰参与水化程度低，火山灰效应薄弱。随着水化的深人，Ca(0H)2浓度不断增加，直至达到过饱和状态，并且析出Ca(0H)2晶体，在未水化的水泥颗粒及水化产物周围形成一个半稳定状态的Ca(0H)2薄层，会延缓水泥的进一步水化，称之为潜伏期。由于掺入了粉煤灰，其中大量的高活性SiO2 和Al2O3与溶液 中 的Ca(0H)2结合，生成水化硅酸钙(C一S—H)，降低了溶液中Ca(0H)2的浓度，加速了水泥的水化过程，使水泥的水化硬化向有利的方向发展，便水泥的后期强度提高很快。