解國梁，王海波，楊輝，劉少東

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶　163319）

渠道襯砌水泥復(fù)合土抗壓強(qiáng)度試驗研究

解國梁，王海波，楊輝，劉少東

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶163319）

利用黑龍江北安某灌渠區(qū)沉積粘土配制水泥土，稻殼粉摻量分別取0%、1.5%、4.5%、7.5%，養(yǎng)護(hù)齡期取3、9、14、28 d，通過水泥土室內(nèi)配合比試驗，研究不同稻殼粉摻量，不同齡期對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，得出了固定水泥摻量后，不同齡期、不同稻殼粉摻入量與圓柱體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，對該地區(qū)水泥土的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用有較好的指導(dǎo)作用。

水泥土；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；稻殼粉

灌溉輸水渠道工程作為水田的基礎(chǔ)設(shè)施，起著舉足輕重的作用。其灌溉功能是農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的重要保障。黑龍江下屬農(nóng)場大部分位于地域偏北側(cè)的季節(jié)性凍土地區(qū)，渠道襯砌因基土反復(fù)凍融，膨脹隆起沉降，造成渠道運(yùn)行后出現(xiàn)不同程度的裂縫、坍塌，嚴(yán)重影響了防滲節(jié)水和渠坡穩(wěn)定，縮短了防滲襯砌板的使用壽命［1］。給國家造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。從上個世紀(jì)70年代以來，我國很多單位進(jìn)行了大量的研究和實踐，在渠道襯砌材料和凍害防治方面取得了不少有益成果，但仍未妥善解決這一問題［2］。

從材料自身保溫的角度出發(fā)研究農(nóng)田渠道防凍抗?jié)B能力的工作目前開展的較少。如果能提高襯砌材料本身的保溫能力，就可將保溫隔熱合二為一形成整體，不但施工費(fèi)用可大幅度降低，而且便于管理［3］。黑龍江灌區(qū)沉積粘土分布廣泛，又是我國水稻主產(chǎn)區(qū)，稻殼資源十分豐富。稻殼本身孔隙度大、密度小、保溫性能好、耐腐蝕能力強(qiáng)，它不僅具有非常好的韌性，而且還具有一定的強(qiáng)度。綜合利用當(dāng)?shù)爻练e粘土和稻殼的保溫性能研究集防滲抗凍脹于一體的稻殼水泥復(fù)合土極具潛力［3］。從目前出版的資料看，對渠道襯砌水泥土的設(shè)計理論和試驗研究較少，還存在許多待解決的問題，現(xiàn)根據(jù)東北地區(qū)渠道襯砌材料要求進(jìn)行水泥土室內(nèi)配合比試驗，針對黑龍江北安某渠灌區(qū)粘性土，通過對不同水泥摻量，不同養(yǎng)護(hù)齡期、不同稻殼摻量進(jìn)行試驗對比分析，研究各種因素對抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，為該地區(qū)水泥土的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用提供試驗依據(jù)，為渠道襯砌工程提供參考。

1　試驗材料和研究方法

制備水泥土試塊的土樣取自黑龍江北安某渠灌區(qū)，土樣的基本物理力學(xué)指標(biāo)見表1。試樣根據(jù)《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）的規(guī)范要求制備，依據(jù)規(guī)程該土基本物理性質(zhì)為低液限黏土，且該土為級配良好土，具有該地區(qū)土樣的代表性。圖1為顆粒級配曲線［4］。水泥為冀東牌普通硅酸鹽水泥土P·O42.5，見表2。

表1　試樣土的物理指標(biāo)Table 1Physical indicators of soil sample

表2　冀東P·O42.5水泥性能指標(biāo)Table 2P·O42.5 portiand cement performnace

圖1　土樣的顆粒分布曲線Fig.1Grain distribution curve of soil

水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是指水泥土在無側(cè)限壓力條件下抵抗軸向壓力的極限強(qiáng)度，它是水泥土最基本、最重要的力學(xué)性能指標(biāo)［5］。水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是水泥土和其他穩(wěn)定土強(qiáng)度標(biāo)志，也是固化成分以及其他因素對固化土固化效果影響的重要評價指標(biāo)之一［6］。根據(jù)以往經(jīng)驗按如下方案安排試驗：制作Φ50 mm*H50 mm的水泥土試件，水泥摻量為固定值15%，稻殼干燥后粉碎至平均粒徑為3.18 mm的粉粒，單摻稻殼粉含量分別為0%、1.5%、4.5%和7.5%，測試齡期分別為3、9、14、28天［7］。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)到設(shè)計齡期，采用山東濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司濟(jì)南試驗機(jī)廠生產(chǎn)的WAW—300C微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)測定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

2　試驗結(jié)果及分析

2.1不同齡期、稻殼粉摻量下的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果

不同稻殼粉摻量下，不同齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果見下表3。

表3　水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（kPa）的實測數(shù)據(jù)Tabel 3Measured data of Unconfined compressive strength of cemented soil

2.2水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系

從表3數(shù)據(jù)及圖2可以看出：當(dāng)水泥復(fù)合土中水泥摻量固定，稻殼粉摻入量低于7.5%時，①不同稻殼粉摻量的水泥復(fù)合土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長而增加，但增加幅度不大；②3～9 d水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長較快，9～14 d增長速度相對降低，但也有微量提高，14～28 d水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長速度有所恢復(fù)；③在28 d齡期以前，無稻殼粉摻入的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長隨齡期基本呈線性關(guān)系，摻入稻殼粉的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期增長時有一定波動，但其整體強(qiáng)度上高于不摻稻殼粉的水泥土。說明稻殼粉的摻入對水泥復(fù)合土的強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn)。

2.3水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與稻殼粉摻量的關(guān)系

圖3　水泥土強(qiáng)度隨稻殼粉摻量的關(guān)系曲線Fig. 3Curves of Cemented soil strength and content of rice hull powder

從表3數(shù)據(jù)及圖3可以看出：當(dāng)水泥復(fù)合土中水泥摻量固定，稻殼粉摻入量低于7.5%時，①在相同養(yǎng)護(hù)齡期下，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著稻殼粉摻入量的增加而增加，但增長幅度不大；②稻殼粉摻量相同時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期增長變化較顯著，而無稻殼粉摻入時，強(qiáng)度增長較均勻，說明稻殼粉的摻入對水泥的水化膠凝作用有一定干擾。

3　結(jié)論

通過對大慶市杜爾伯特蒙古族自治縣某灌渠區(qū)沉積粘土進(jìn)行的室內(nèi)水泥復(fù)合土配合比試驗成果的整理分析，可以歸納出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）水泥復(fù)合土中當(dāng)水泥摻量為固定值15%，稻殼粉摻入量低于7.5%時，稻殼粉的摻入對水泥水化膠凝作用有一定影響，隨稻殼粉摻量的增大，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有一定提高，但貢獻(xiàn)已不顯著。

（2）從水泥土強(qiáng)度隨齡期的變化可知，水泥的水化膠凝作用是水泥土強(qiáng)度增長最主要的來源。

［1］解國梁，解恒燕，鄭鑫.利用熟石灰改善水泥固化土早期強(qiáng)度的試驗研究［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報，2013，25（5）：17-20.

［2］解國梁，申向東，賈尚華.渠道襯砌混凝土力學(xué)性能的試驗研究［J］.人民黃河，2012（3）：114-116.

［3］張文郁，婁宗科.稻殼粒徑對稻殼混凝土抗壓強(qiáng)度的影響研究［J］.人民長江，2010（5）：67-70.

［4］葛建銳，鄭鑫，劉少東.東北季凍區(qū)灌渠渠底土凍脹力影響因素分析［J］.人民黃河，2015（8）：145-148.

［5］解國梁，陶傳遷，申向東.硅粉對中低摻量水泥土早期強(qiáng)度的影響［J］.混凝土，2012（5）：88-90.

［6］蘇勝，張利.土木工程材料［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

［7］Xie G L，Shen X D. Mechanical behaviors of cemented-soil with Ca （OH）2［A］.2011 International Conference on Electric Technology and Civil Engineering［C］.Lushan：Computer Society，2011.

Effects of Unconfined Compressive Strength of Channel Lining of Cement-soil

Xie Guoliang，Wang Haibo，Yang Hui，Liu Shaodong
（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

The cemented-soil was made from rice hull powder，cement and silty clay of Heilongjiang province irrigation district.The mount of rice hull powder was 0%，1.5%，4.5%，7.5%respectively in the lab and the rice hull powder-cement soils were cured in 3，9，14，28 d respectively.The Unconfined compressive strength were measured，and the influence factors were analyzed.The results offered a great guideline to the use of cement soil mixing.

cement soil；unconfined compressive strength；rice hull powder

TU755.2

A

1002-2090（2016）02-0097-03

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.02.020

2015-12-10

大慶市指導(dǎo)性科技計劃項目（寒區(qū)農(nóng)田水渠防滲抗凍脹材料的研究：szdfy-2015-31）。

解國梁（1976-），男，副教授，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)主要從事工程結(jié)構(gòu)與材料方面的教學(xué)與研究工作。