水泥是常用的固化材料，水泥加固土体形成的加固体应用广泛，可组成竖向承载的复合地基、可作为基坑工程中的挡墙或防渗止水帷幕等^[1]。盐渍土是盐土、碱土、盐化土和碱化土的总称，易溶盐含量超过0.3%。按含盐类型，盐渍土可分为硫酸盐渍土、碳酸盐渍土和氯盐渍土；按所处的地理位置，盐渍土可分为内陆盐渍土和滨海盐渍土。我国盐渍土集中分布在西北、华北、东北及沿海地区^[2-5]。滨海盐渍土广泛分布在我国沿海地区，是海相沉积或后期受海水浸渍形成，其含盐量一般为2%~5%^[6-9]，在滨海沉积软土场地进行工程建设时常常需进行地基加固处理，以水泥土为代表的地基处理方法发挥不可替代的作用^[10-13]。研究海水对水泥土强度影响及机理，对该类水泥土的研究及设计具有一定的理论和工程意义。

储诚富等^[14]采用向风干土中添加盐的方法，研究了不同含盐量的水泥土无侧限抗压强度和应力应变曲线的关系，认为含盐量对水泥土强度提高或减小的阈值为3.5%，过少会导致水泥土结晶膨胀提高水泥土强度，过高则会因水泥土结晶膨胀过度，结构破坏强度降低。贾志清^[15]采用向风干土中添加盐的方法，提出含盐量对水泥土强度的提高或者减小有阈值。马可等^[16]也采用向风干土中加盐方式，研究了不同盐类型、不同盐量对水泥土强度的影响，提出含盐量对水泥固化强度存在阈值，阈值大小和土、盐类有关。此外，喻国轩等^[17]指出含盐量对固化海砂土强度也有阈值影响，王丛等^[18]试验表明，以含盐量2%为分界点，含盐量对水泥土强度的变化幅度有显著影响。邱林^[19]通过对阿拉尔市区道路破坏路段土体含盐量进行检测试验，认为盐类物质会发生盐胀变形，结构层出现裂缝，降低水泥土强度。

刘兴华等^[20]采用先洗土后向水泥浆土体添加化学试剂的方法，考察单离子含量变化对水泥土强度影响，借助电子显微镜(SEM)指出：Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-都对水泥土强度具有不同程度的负面作用。其中Cl^-对三个龄期的强度都有影响；Mg²⁺从中期开始发挥作用；SO₄^2-则对水泥土长期强度影响较大。邢皓枫等^[21-22]采用先洗土后向水泥浆土体添加化学试剂的方法，借助SEM和XRD试验研究了离子混合下高含盐量对水泥土强度的影响，认为离子浓度对水泥土的形成和增长有很强的负作用，离子成分对水泥土的抑制效果不是单个离子作用的简单叠加，各种离子之间存在相互作用，水泥土强度与C-S-H和C-A-H总含量存在很好的线性相关性。柴寿喜等^[23]也采用先洗盐后向水泥浆土体添加化学试剂的方法，研究了不同含盐量水泥土的无侧限抗压强度、抗剪强度。陈忠^[24]采用先洗盐，然后制备不同含盐量的水泥土，研究了水泥对海相淤泥质软土固化规律，认为增加水泥掺入比可以提高水泥土强度。范礼彬等^[25]采用洗盐加氯化钠的方式，研究了不同含盐量应力应变曲线、强度以及变形模量，指出增加水泥量可以减弱固化土不良影响，含盐量对应变影响小，不同含盐量水泥土E₅₀与无侧限抗压强度存在较好线性关系。

综上所述，关于含盐量的水泥土强度规律及其机理尚未有一致的结论，海水作为综合离子对水泥土强度的影响未有探讨。本试验采用不同浓度的海水搅拌制备水泥土，实施无侧限抗压强度、SEM及XRD等试验，研究含盐量对水泥土强度的影响及机理。

1 试验概况 1.1 试验材料

高岭土为商品用土，生产商是上海市奉贤奉城路口工业园，状态呈白色细粉末，部分有易碎的块，且有特殊的黏土味，加水湿润后即产生类似粘土的臭气，并变成深色。参照《土工试验方法标准》，测定高岭土的物理、化学性质，测试结果如表 1、2所示。试验所用水泥由潍坊鲁元建材有限公司生产的42.5号普通硅酸盐水泥。

试验用海水由海水素人工调制而成。海水素由广州经济技术开发区益尔生物工程有限公司生产。人工海水的调制方法：按照每公斤海盐溶解于30 kg水的比例(海水素:水为1: 30)充分搅拌溶解，待水清澈稳定后使用。所配置的海水无色无泡沫无沉淀，离子强度渗透压和缓冲容量与天然海水大致相同。此配比下的海水浓度记为c，为天然海水。3c表示3倍海水浓度(即海水素:水为1: 10)，5c表示5倍海水浓度(即海水素:水为1: 6)，蒸馏水中没有海水素，相当于0倍海水浓度。

1.2 试验技术路线和方案

试验技术路线如图 1。制备水泥土试样，然后进行标准养护，对达到时间的试样做无侧限抗压强度试验，最后从无侧限抗压强度试验后的试样中取样，进行扫描电镜试验、X射线衍射试验。

试样制备方案如表 3。为减小误差，每组做3个平行试样；制备人工海水时，超过5倍正常海水浓度会析出海盐，故制样海水浓度选择0、c、3c、5c 4种。

1.3 试验装置

使用搅拌机(见图 2(a))将高岭土、水泥、水或者海水搅拌均匀，分3层装入直径50 mm、高度100 mm的塑料模具内(见图 2(b))，震实，试样制样时间控制在5 min之内。然后将试样放入养护箱进行标准养护(见图 2(c))。养护温度为(20±2)℃, 相对湿度为90%以上。养护至设定龄期进行无侧限抗压强度试验。设定的无侧限抗压试验加载速率为2 mm/min，轴向每压缩0.2 mm记录一次轴向压力值。图 2(d)为无侧限抗压强度试验情况。

2 海水浓度对水泥土强度的影响及机理 2.1 应力应变曲线及破坏模式

图 3为养护相同时间，不同海水浓度水泥土应力应变曲线，图 4为不同养护时间下，不同海水浓度水泥土破坏模式图。

由图 4可知水泥土破坏形式有2种：养护1 d时，水泥土破坏模式为剪切破坏；养护7~90 d时，水泥土破坏以劈裂破坏为主。水泥土应力应变曲线变化趋势和破坏模式，与制样时的海水浓度无关。

2.2 海水浓度水泥土强度的影响

取应力应变曲线的应力峰值为无侧限抗压强度。3个平行试样的算术平均值作为该组试样的无侧限抗压强度。试验结果如图 5和6所示。

图 5为水泥土强度与养护时间的关系。与制样时浓度无关，水泥土强度随养护时间的变化趋势基本相同，28 d之前强度增长较快，28 d以后强度增长趋于稳定。

图 6为水泥土强度与海水浓度的关系。使用海水制备的水泥土强度明显高于清水制备的水泥土强度。制样时的海水浓度不同，水泥土强度不同，养护时间相同的情况下，随着浓度增加，水泥土强度先增大后减小，除去养护时间60 d的情况(可能是制样不均或者机器操作误差所致)，海水浓度为3c时水泥土强度达到最大。

2.3 海水浓度水泥土强度影响机理

图 7为养护28 d不同海水浓度水泥土XRD衍射图。水泥土所含矿物成分的差异，反应了水泥土中各种化学反应进行的程度。图 8为养护28 d，不同海水浓度水泥土放大10 000倍的SEM图像。

试验使用水泥为普通硅酸盐水泥，其中硅酸三钙和硅酸二钙的总含量最多，在70%以上，铝酸三钙与铁铝酸四钙的含量在25%左右。此外，还含有少量游离氧化钙、氧化镁，碱，石膏，氧化硅和氧化铝等。

水泥加固软土时主要发生水泥的水化和水解反应、黏土颗粒与水泥水化物的作用(包括离子交换、团粒化作用，凝结硬化反应，碳酸化反应)。

水化过程主要是C₃S、C₂S、C₃A的水化。二者反应后均生成水化硅酸钙(C-S-H)，常温下以凝胶形式析出，形成构成具有很高强度的空间网状或絮凝状结构，是水泥土强度的主要因素。二者水化反应还生成氢氧化钙(Ca(OH)₂)，常温下的Ca(OH)₂以晶体形态析出，呈针状形态填充在水泥土的孔隙中，但C₂S比C₃S生成的Ca(OH)₂少，针状结晶更粗大，呈棒状形态。C₃A水化先生成介稳状态的水化铝酸钙(C-A-H)，然后与水泥中少量石膏逐渐形成三硫型水化硫铝酸钙(简称钙矾石，也称“水泥杆菌”)，生成的钙矾石呈针状晶体，体积增加1.5倍以上，少量情况下会填充水泥土孔隙，对水泥土强度有一定增强。

对于不同浓度(c、3c、5c)的水泥土，随浓度增加水泥土强度先增加后降低，3c时强度最大。c与3c的水泥土相比较，c的水泥土水化反应较慢，相同时间水化产物量比3c的少；3c和5c的水泥土相比较，5c的水泥土水化反应相对较快，水化产物C-S-H散布在水泥土表面，使得颗粒表面颜色在扫描电镜下看起来比较均匀，5c的水泥土则因为水化反应速度较快，与析出的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、水化硫铝酸钙(C-A-S-H)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)和水化铝酸钙(C-A-H)晶体等水化产物互相包裹在固体颗粒表面，造成高岭土被完全分块包裹，如同抹了一层果胶，阻碍了水化反应及离子交换的进一步进行，遏制了水化产物的生成，此时不见明显的针状或絮凝状水化产物，只有片状结构填充，部分地方能明显的观察到高岭土颗粒。此外5c的水泥土中过多的Cl^-会与C₃A、Ca(OH)₂反应生成易溶于水的CaCl₂，并生成强度更低的水化氯铝酸钙包裹在高岭土颗粒表面，进一步抑制C-S-H的形成。而3c的水泥土因生成大量针状晶体氢氧化钙(Ca(OH)₂)、以及适量的CaSO₄·2H₂O，二者填充在水泥土孔隙中，使得水泥土结构更加致密，骨架强度最高。

3 结论

通过使用不同浓度海水搅拌制样，标准养护不同时间实施无侧限抗压强度试验，借助扫描电镜观察、X射线衍射研究了海水对水泥土强度的影响，得到以下结论：

(1) 海水搅拌形成的水泥土强度略高于清水搅拌形成的水泥土强度。主要是海水搅拌的水泥土水化反应快，在同一时间内生成的C-S-H、Ca(OH)₂等水化产物多；而且产生了较多CaSO₄·2H₂O，填充了水泥土孔隙。

(2) 水泥土强度随海水浓度先增加后降低，在3倍海水浓度时强度达到最大。1倍海水浓度的水泥土其水化反应速度较慢，在同一时间内生成的水化产物量C-S-H、C-A-H等较少；5倍海水浓度的水泥土反应速度过快，先生成的水化产物互相包裹在固体颗粒表面，阻碍了水化反应及离子交换的进一步进行，遏制了水化产物和CaSO₄·2H₂O的生成；而3倍海水浓度的水泥土水化反应速度适中，在同一时间内生成的水化产物和CaSO₄·2H₂O最多。