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        侵蝕環(huán)境下水泥黃土強度試驗研究

        2018-12-31 00:00:00董玉萍屈從強牟獻友
        水能經(jīng)濟 2018年9期

        【摘要】本文通過室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗,研究不同侵蝕條件下水泥黃土強度隨齡期的變化規(guī)律,旨在為水泥黃土在侵蝕環(huán)境下的工程設計提供技術(shù)支撐。試驗結(jié)果表明:水泥黃土在CaSO4溶液、MgSO4溶液、NaOH溶液 、NaCl溶液中同期強度均小于在清水養(yǎng)護中的強度,這說明其中的硫酸根、氫氧根、鈉離子及氯離子對水泥黃土的強度有削減作用,整體為其濃度越大,削減作用越強。齡期越長,削減作用越明顯,其中NaOH、NaCl對水泥黃土強度的削減作用最輕,CaSO4 MgSO4對水泥的削減作用最大;微量的Na2SO4對水泥黃土的強度有正面作用;水泥黃土的強度整體隨齡期的增加而增加,但是隨著時間的增長,這些化學溶液對水泥黃土的侵蝕作用明顯增強,呈現(xiàn)出一種現(xiàn)增加后削減的現(xiàn)象;并得到5種溶液濃度均為22.5g/L時,28d水泥黃土試件的抗壓強度值大小關(guān)系。

        【關(guān)鍵詞】侵蝕;水泥黃土;強度

        我國西部地區(qū)黃土分布面積較為廣泛,西部地區(qū)高級公路地基和建筑地基往往會遇到黃土地基的問題[1]。水泥土技術(shù)在實際工程中應用較為廣泛,其也是處理飽和軟黃土地基一種行之有效的方法之一[2]。而地基常期處于地下水、海水等自然環(huán)境的侵蝕、重金屬離子及酸堿鹽等化學溶液侵蝕等各類復雜的環(huán)境中[3],其對水泥土地基產(chǎn)生重要影響,這一問題已經(jīng)受到相關(guān)學者的注意。如寧寶寬等研究環(huán)境侵蝕下水泥土力學特性 [4-5];白曉紅等人采用模擬試驗的方法探討了在各種污染環(huán)境因素影響下(清水、不同化學溶液、不同濃度等)水泥土力學特性[3];劉泉聲,柳志平等研究研究海水侵蝕環(huán)境下水泥土強度隨齡期的變化規(guī)律,建立海水侵蝕環(huán)境下水泥土強度性質(zhì)的溶液濃度-侵蝕時間等效模型,預測海水侵蝕環(huán)境下水泥土加固體的耐久性[6-7]。然而在侵蝕條件下水泥黃土的力學性能研究較少,為補充該方面的內(nèi)容,本文通過室內(nèi)模擬試驗,研究不同侵蝕條件下水泥黃土強度隨齡期的變化規(guī)律。為水泥黃土在侵蝕環(huán)境下的工程設計提供技術(shù)支撐。

        1、試驗

        試驗用的水泥為普通硅酸鹽水泥(P.O.42.5),用的土取自西安市長安區(qū)地下4m黃土,將土樣風干、捻散,過2mm篩,并按照《土工試驗方法標準》規(guī)定進

        行了比重試驗、含水量及界限含水量試驗、擊實試驗,其結(jié)果參數(shù)見表1。

        試驗侵蝕溶液的配制是按照《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定配制了5種化學溶液,CaSO4、MgSO4、NaCl、NaOH、Na2SO4,其濃度依次為1.5g/L、4.5 g/L、 9 g/L、 18 g/L、 22.5 g/L。

        試驗中黃土樣100g、水泥25g和水52ml,用攪拌機攪拌均勻裝膜成型,試件尺寸70.7cm×70.7 cm×70.7 cm,24小時后脫模。為與工程實際相符,采用自然養(yǎng)護的方法,養(yǎng)護7d后將其放入不同化學溶液中,并測定3d、7d、14d、28d的抗壓強度,取3個平行試驗的抗壓強度的算術(shù)平均值作為該組試塊的抗壓強度。

        抗壓強度試驗采用的儀器為電子萬能試驗機。通過測定浸泡過的試件的抗壓強度,研究不同侵蝕條件,不同齡期下水泥黃土抗壓強度的變化規(guī)律。

        2、試驗結(jié)果與討論

        2.1 試件外觀變化

        觀察水泥黃土試件28d在各種化學溶液中其表現(xiàn)的現(xiàn)象如圖1所示,可以看到:

        (1)在MgSO4溶液侵蝕的最嚴重,試件表面發(fā)生了軟化、泛白、松散、凸凹不平、棱邊及角處大面積脫落嚴重;

        (2)在CaSO4溶液中侵蝕程度中等,試件表面發(fā)生軟化、角處脫落較嚴重,掉角面積大;

        (3)在Na2SO4溶液中侵蝕程度較輕,試件表面發(fā)生軟化、起皮、角處脫落;

        (4)在NaCl、NaOH溶液中侵蝕程度最輕,試件表面只發(fā)生了軟化、個別試件發(fā)生掉角,掉角面積不大。

        水泥黃土試件被不同化學溶液侵蝕的總現(xiàn)象是試件表面發(fā)生不同程度的軟化、起皮、泛白、角處脫落,有的甚至棱邊及角處脫落嚴重,試件尺寸減少等。

        2.2 試驗結(jié)果分析

        由圖2中的a、b、c、d、e這5個圖中可以看到:

        水泥黃土試件被CaSO4、MgSO4 、Na2SO4、NaCl、NaOH這5種化學溶液侵蝕后,分別表現(xiàn)出了不同程度的破壞,但其總的趨勢是溶液濃度越高,試件被侵蝕的時間越長,所測得的水泥黃土試件抗壓強度越低。具體如下:

        (1)MgSO4溶液侵蝕的試件,溶液濃度越大,齡期越長,所測得的試件抗壓強度值越低。測得水泥黃土試件在純水中28d抗壓強度值為32. 4MPa,測得MgSO4溶液濃度為22.5 g/L,28d水泥黃土試件抗壓強度為17.9MPa,與純水相比,被MgSO4溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強度值下降了44.75%;

        (2)CaSO4、Na2SO4溶液侵蝕的試件,同一齡期下溶液濃度越大,所測得的水泥黃土試件的抗壓強度呈下降趨勢;在同一濃度下齡期越長,所測得的水泥黃土試件抗壓強度呈上升趨勢。分別測得CaSO4、Na2SO4溶液濃度為22.5 g/L,28d水泥黃土試件抗壓強度分別為26.5MPa、30.1 MPa,與純水相比,被CaSO4、Na2SO4溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強度值分別下降了18.21%,7.09%;

        (3)NaCl、NaOH溶液侵蝕的試件,同一齡期下溶液濃度越大,所測得的水泥黃土試件的抗壓強度呈下降趨勢;在同一濃度下齡期越長,所測得的水泥黃土試件抗壓強度呈下降趨勢。分別測得NaCl、NaOH溶液濃度為22.5 g/L,28d水泥黃土試件抗壓強度分別為30.7MPa、31.2MPa,與純水相比,被NaCl、NaOH溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強度值分別下降了5.25%,3.70%;

        3、結(jié)語

        (1)水泥黃土在CaSO4溶液、MgSO4溶液、NaOH溶液 、NaCl溶液中同期強度均小于在清水養(yǎng)護中的強度,這說明其中的硫酸根、氫氧根、鈉離子及氯離子對水泥黃土的強度有削減作用,整體為其濃度越大,削減作用越強。齡期越長,削減作用越明顯,其中NaOH、NaCl對水泥黃土強度的削減作用最輕,CaSO4 MgSO4對水泥的削減作用最大;微量的Na2SO4對水泥黃土的強度有正面作用;水泥黃土的強度整體隨齡期的增加而增加,但是隨著時間的增長,這些化學溶液對水泥黃土的侵蝕作用明顯增強,呈現(xiàn)出一種現(xiàn)增加后削減的現(xiàn)象。

        (2)CaSO4、MgSO4 、Na2SO4、NaCl、NaOH這5種化學溶液侵蝕的水泥黃土試件,溶液濃度均為22.5 g/L,28d抗壓強度值大小關(guān)系為:MgSO4溶液侵蝕試件的抗壓強度值 >CaSO4溶液侵蝕試件的抗壓強度值> Na2SO4溶液侵蝕試件的抗壓強度值>NaCl溶液侵蝕試件的抗壓強度值>NaOH溶液侵蝕試件的抗壓強度值。

        參考文獻:

        [1] 俞永華,楊曉華. 水泥黃土力學特性試驗[J]. 長安大學學報(自然科學版),2003,23(6):29-32.

        [2] 周建民,張國澎.深層攪拌樁處理飽和黃土地基的應用研究[J].甘肅工業(yè)大學學報, 2001,27(1): 89—92.

        [3] 白曉紅,趙永強,韓鵬舉.污染環(huán)境對水泥土力學特性影響的試驗研究[J].巖土工程學報,2007,29(8):1260-1263.

        [4] 寧寶寬,陳四利,劉斌. 環(huán)境侵蝕下水泥土力學特性的時間效應分析[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì),2005,2: 82–86.

        [5] 寧寶寬.環(huán)境侵蝕下水泥土損失破裂試驗及其本構(gòu)模型[D].沈陽:東北大學,2005,2-5.

        [6] 劉泉聲,柳志平,程勇,賈瑞華.水泥土在侵蝕環(huán)境中的試驗研究和等效分析[J].巖土力學,2013,34(7):1854-1860.

        [7] 柳志平. 海水侵蝕環(huán)境下水泥土的力學性質(zhì)試驗研究及耐久性分析[D].武漢:武漢大學,2013.

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