儲(chǔ) 鵬

(河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

凍結(jié)條件下水泥改良土力學(xué)特性試驗(yàn)研究

儲(chǔ) 鵬

(河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

結(jié)合某工程水泥改良砂質(zhì)粉土(水泥土)在凍結(jié)條件下進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，探討在不同水泥摻入比、不同養(yǎng)護(hù)期齡、不同溫度下，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。研究結(jié)果表明，在14 d前，水泥土的抗壓強(qiáng)度增加的比較快。在水泥摻入比、養(yǎng)護(hù)期齡、溫度這個(gè)3個(gè)因素中溫度對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度影響比較明顯，-10℃和-20℃條件下的水泥土抗壓強(qiáng)度是常溫條件下強(qiáng)度的5倍和6倍。

凍結(jié)水泥土；溫度；期齡；水泥摻入比

水泥土是以土為主要骨料，水泥為輔助材料，兩者結(jié)合反應(yīng)所產(chǎn)生的材料[1]。隨著城市地鐵、隧道的快速發(fā)展，人工凍結(jié)輔以水泥土加固的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[2-4]。周承剛[5]通過(guò)對(duì)黃土的強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了含水率、水泥摻入比對(duì)水泥改良土的強(qiáng)度影響。張?zhí)旒t[6]通過(guò)對(duì)軟質(zhì)粘土進(jìn)行室內(nèi)水泥穩(wěn)定固化試驗(yàn)，研究了水泥摻入比、養(yǎng)護(hù)期齡、水養(yǎng)及初始條件對(duì)強(qiáng)度的影響。但水泥改良不同土質(zhì)的力學(xué)特性有待研究。本文對(duì)砂質(zhì)粉土進(jìn)行了室內(nèi)凍結(jié)條件下的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，考慮了不同水泥摻入比、期齡、溫度等因素，對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度力學(xué)特性進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 土樣及水泥

此次試驗(yàn)所用的土樣為砂質(zhì)粉土，土料經(jīng)過(guò)風(fēng)干、碾碎，通過(guò)5 mm的篩。砂質(zhì)粉土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。土樣顆粒組成如表2所示。試驗(yàn)所用水泥為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，水泥的物理性質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

表1 試驗(yàn)土樣的物理參數(shù)

表2 砂質(zhì)粉土的顆粒組成

表3 普通硅酸鹽水泥的性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分別配置水泥摻入比為7%、12%、17%、22%的試件。試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體。待試塊澆筑結(jié)束后，靜止48 h后進(jìn)行拆模，將制作好的試塊放入到清水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，溫度控制在20±5℃，分別養(yǎng)護(hù)3 d、7 d、14 d、21 d、27 d后，將水泥土試塊放入到低溫箱中凍結(jié)48 h以上，然后在不同的溫度環(huán)境(20℃、-10℃、-20℃)下進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，每組試驗(yàn)制作3塊試件[7]。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 水泥摻入量

試驗(yàn)所得的水泥土試塊在不同水泥摻入比與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示。其中，圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)分別表示在20℃、-10℃、-20℃時(shí)，水泥摻入量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。當(dāng)養(yǎng)護(hù)期齡一定時(shí)，隨著水泥摻入量的增加水泥土試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨之增加，且基本上呈線性關(guān)系變化。當(dāng)水泥摻入比為7%時(shí)，養(yǎng)護(hù)期齡3d時(shí)，圖1(a)中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到0.6 MPa左右，圖1(b)中的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)3.6 MPa左右，圖1(c)中的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)3.8 MPa左右；當(dāng)水泥摻入比為22%時(shí)，養(yǎng)護(hù)期齡28 d時(shí)，圖1(a)中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到3.5 MPa左右，圖1(b)中的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)13 MPa左右，圖1(c)中的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)16 MPa左右。

圖1 不同水泥摻入比與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系

2.2 養(yǎng)護(hù)期齡

試驗(yàn)所得的水泥土試塊在不同養(yǎng)護(hù)期齡與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖2所示。其中，圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)分別表示在20℃、-10℃、-20℃時(shí)，不同養(yǎng)護(hù)期齡與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。當(dāng)水泥摻入比一定是，隨著養(yǎng)護(hù)期齡的增加，水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨之增加。在圖2(a)中，養(yǎng)護(hù)期齡在14 d以前曲線的斜率較大，這說(shuō)明在14 d前，水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)的速度比較快。而在圖2(b)和圖2(c)的低溫下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)的比較緩慢，但相對(duì)常溫狀態(tài)下的基值要高。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)期齡與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系

2.3 凍結(jié)溫度

試驗(yàn)所得的水泥土試塊在不同凍結(jié)溫度與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖3所示。其中，圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)、圖3(d)分別表示摻入比為7%、12%、17%、22%條件下，凍結(jié)溫度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。從圖3可以看出，在20℃狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度明顯沒(méi)有-10℃和-20℃的強(qiáng)度高且低溫對(duì)水泥土的影響十分顯著，強(qiáng)度增加明顯。當(dāng)水泥摻入比為7%時(shí)，養(yǎng)護(hù)期齡為28 d時(shí)，-10℃及-20℃的抗壓強(qiáng)度分別是20℃下抗壓強(qiáng)度的3倍和4倍；當(dāng)水泥摻入比為12%時(shí)，養(yǎng)護(hù)期齡為28d時(shí)，-10℃及-20℃的抗壓強(qiáng)度分別是20℃下抗壓強(qiáng)度的4倍和5倍；當(dāng)水泥摻入比為17%時(shí)，養(yǎng)護(hù)期齡為28 d時(shí)，-10℃及-20℃的抗壓強(qiáng)度分別是20℃下抗壓強(qiáng)度的5倍和6倍；當(dāng)水泥摻入比為22%時(shí)，養(yǎng)護(hù)期齡為28 d時(shí)，-10℃及-20℃的抗壓強(qiáng)度分別是20℃下抗壓強(qiáng)度的4倍和5倍。水泥土抗壓強(qiáng)度在這3種溫度下均隨著養(yǎng)護(hù)期齡的增加線性增大。在7 d的期齡之前，-10℃的抗壓強(qiáng)度略高于-20℃的抗壓強(qiáng)度。

圖3 不同凍結(jié)溫度與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系

3 結(jié) 語(yǔ)

水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨著水泥摻入比的增大而增大。水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)期齡的增加而增加，在14 d前，水泥土的抗壓強(qiáng)度增加的比較快。在水泥摻入比、養(yǎng)護(hù)期齡、溫度這個(gè)3個(gè)因素中，溫度對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度影響比較明顯，-10℃及-20℃件下的水泥土抗壓強(qiáng)度是20℃條件下抗壓強(qiáng)度的5倍和6倍。

[1] 龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008:10-30.

[2] 吳杰，劉福天，陶軍亮，等.軟土地區(qū)超深攪拌樁加固體滲透性能研究[J].地下工程與隧道，2008，21(3)：295-298.

[3] 張朝溫，王炳和，劉書蘭.水泥土防滲墻技術(shù)在堤防加固工程中的應(yīng)用[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，23(2):60-62.

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Test Research on Unconfined Compressive Strength of Freezing Cement Soil

CHU Peng

(Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003，China)

With the development of the urban subway tunnel,the artificial freezing technology is widely applied to the reinforcement technology of cement soil. In this paper,an experimental study was carried out to study the development of unconfined compressive strength of cement modified sandy soil under different freezing conditions. The results show that the unconfined compressive strength of cement soil increases with the increase of cement mixing ratio. The unconfined compressive strength of cement soil increases with the increase of curing age,and the compressive strength of cement soil increases rapidly before 14 day. Effect of cement mixing ratio,curing period and temperature of the three factors on the strength of cement soil compressive strength are obvious,however,temperature is best. The maximum compressive strength of cement soil under -10 ℃ and -20 ℃ is 5 times and 6 times to the one of the normal temperature

freezing cement soil;temperature;curing period;cement mixing ratio

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.03.003

TU521

A

1674-5403(2017)03-0009-03

2017-06-10

儲(chǔ)鵬(1991-)，男，河南洛陽(yáng)人，在讀碩士研究生，主要從事建筑材料方面的研究.