(中國鐵路蘭州局集團有限公司,河南 許昌 730000)

隨著“一帶一路”倡議的實施，戈壁和沙漠地區(qū)將會修建越來越多的鐵路，因而對粉細砂改良土耐久性填料的研究具有重要的實際意義。改良土的耐干濕循環(huán)能力是指其抵抗自然環(huán)境中因水分變化而產(chǎn)生破壞的能力，是改良土耐久性的重要指標之一[1]。

王建華等[3]通過試驗分析干濕循環(huán)過程導(dǎo)致水泥改良土強度衰減的機理，指出土料中黏粒團的干縮濕脹變形是引起干濕循環(huán)后改良土強度衰減的主要原因，適當降低改良土料中黏粒的相對含量可以有效提高干濕循環(huán)后改良土的強度。韓文斌等[4]通過試驗分析了作為京滬高速鐵路路基基床填料的下蜀黏土的工程特性，得出石灰、水泥的最優(yōu)劑量約為5%，固化劑的最優(yōu)劑量約為2%～3%。李星等[5]通過試驗研究了干濕循環(huán)作用下高速鐵路路基中水泥改良膨脹土的動力特性，發(fā)現(xiàn)摻入水泥能顯著增強改良土抵抗干濕循環(huán)作用的能力，滿足路基工程要求。楊廣慶[6]進行了水泥改良粉質(zhì)黏土動三軸試驗，發(fā)現(xiàn)其動態(tài)特性滿足高速鐵路路基的要求。雷杰等[7]通過開展水泥改良粉細砂在干濕環(huán)境下力學性能試驗，研究了改良粉細砂在不同環(huán)境下的工程特性。

本文采用細顆粒含量46.53%的粉細砂改良土進行干濕循環(huán)試驗，通過無側(cè)限抗壓強度和質(zhì)量損失率指標評價不同配合比對改良土路基填料耐久性的影響。

1 粉細砂干濕循環(huán)試驗

本試驗所用粉細砂取自中國國家鐵道試驗中心(東郊分院)試驗場。

1.1 篩分試驗和擊實試驗

通過顆粒篩分，得到該粉細砂粒徑小于0.075 mm的細顆粒含量為46.53%。將粉細砂分別摻加質(zhì)量5%，8%，11%，15%的水泥，進行擊實試驗。試驗結(jié)果表明：摻量5%，8%，11%，15%的水泥改良粉細砂最大干密度分別為1.940，1.970，1.972，1.972 g/cm3，最優(yōu)含水率分別為10.15%，10.20%，10.40%，10.50%。

1.2 試樣養(yǎng)生和干濕循環(huán)

根據(jù)TB 10102—2010《鐵路工程土工試驗規(guī)程》要求,對不同摻量水泥改良粉細砂添加至規(guī)定含水率進行制樣。制樣完成后放入恒溫恒濕箱養(yǎng)生7 d或28 d，養(yǎng)生期滿后取出進行干濕循環(huán)試驗。

將試樣在室溫下(20±2 ℃)放入水中浸泡24 h，浸泡完后在水中取出試樣，放入70 ℃烘箱中24 h至烘干，如此為1次干濕循環(huán)。通過無側(cè)限抗壓強度和質(zhì)量損失率2項指標評價不同影響因素對粉細砂改良土耐久性的影響。

1.3 無側(cè)限抗壓強度試驗

根據(jù)文獻[4]，含水率對改良土的強度影響很大，一般為最優(yōu)含水率時改良土在干燥狀態(tài)和飽和狀態(tài)下的靜強度最高；含水率比最優(yōu)含水率高或低4%時強度均降低明顯。在施工中控制含水率是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

采用含水率分別高于最優(yōu)含水率1%，4%,壓實系數(shù)分別為0.90，0.95，不同水泥摻量的粉細砂進行無側(cè)限抗壓強度試驗。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 無側(cè)限抗壓強度結(jié)果分析

2.1.1 養(yǎng)護7 d無側(cè)限抗壓強度結(jié)果分析

不同含水率及不同壓實系數(shù)時水泥摻量11%試樣的無側(cè)限抗壓強度見圖1。

圖1 水泥摻量11%試樣的無側(cè)限抗壓強度

由圖1可知，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的無側(cè)限抗壓強度總體先增長后趨于穩(wěn)定。這主要是因為干濕循環(huán)過程中高溫高濕的環(huán)境促進了改良土固化劑的水化反應(yīng)，反應(yīng)完成后強度不再增長。水泥摻量11%試樣壓實系數(shù)0.95時，高于最優(yōu)含水率1%的試樣無側(cè)限抗壓強度比高于最優(yōu)含水率4%的試樣高出約80%；而壓實系數(shù)0.90時，高于最優(yōu)含水率1%試樣的無側(cè)限抗壓強度比高于最優(yōu)含水率4%試樣僅高出約10%。高于最優(yōu)含水率1%時，壓實系數(shù)0.95的試樣無側(cè)限抗壓強度比壓實系數(shù)0.90的試樣高出約50%；高于最優(yōu)含水率4%時，壓實系數(shù)0.95的試樣無側(cè)限抗壓強度比壓實系數(shù)0.90的試樣較接近。

綜上所述，與高于最優(yōu)含水率1%的試樣相比，高于最優(yōu)含水率4%的試樣無側(cè)限抗壓強度有一定幅度的下降，壓實系數(shù)越高，降低幅度越大。與壓實系數(shù)0.95的試樣相比，壓實系數(shù)0.90的試樣無側(cè)限抗壓強度有一定幅度的下降，含水率越接近最優(yōu)含水率，降低幅度越大。

圖2 養(yǎng)護7 d不同水泥摻量試樣的無側(cè)限抗壓強度

壓實系數(shù)0.95、高于最優(yōu)含水率4%時，養(yǎng)護7 d后水泥摻量5%，11%，15%的試樣無側(cè)限抗壓強度見圖2。可知，水泥摻量11%的試樣比水泥摻量5%的試樣無側(cè)限抗壓強度約高出180%,水泥摻量15%的試樣比水泥摻量11%的試樣無側(cè)限抗壓強度反而降低20%。這主要是因為水泥摻量過多，會導(dǎo)致水化熱增大，收縮裂縫增多，引起試樣開裂，強度降低。試驗結(jié)果表明水泥摻量11%時試樣無側(cè)限抗壓強度最高。

TB 10001—2016《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：基床表層填料化學改良土7 d飽和無側(cè)限抗壓強度應(yīng)大于500(700)kPa；基床底層化學改良土7 d飽和無側(cè)限抗壓強度應(yīng)大于350(550)kPa(括號內(nèi)數(shù)值為嚴寒地區(qū)化學改良土考慮凍融循環(huán)作用所需的強度值)。根據(jù)試驗結(jié)果，水泥摻量5%的粉細砂改良土養(yǎng)護7 d后飽和無側(cè)限抗壓強度約在1 MPa左右，滿足TB 10001—2016要求。

2.1.2 養(yǎng)護28 d無側(cè)限抗壓強度結(jié)果分析

壓實系數(shù)0.95、高于最優(yōu)含水率4%時，養(yǎng)護28 d后水泥摻量5%，8%，11%的試樣無側(cè)限抗壓強度見圖3。

圖3 養(yǎng)護28 d不同水泥摻量試樣的無側(cè)限抗壓強度

由圖3可知,水泥摻量11%試樣的無側(cè)限抗壓強度比水泥摻量8%試樣約高出20%，水泥摻量8%試樣的無側(cè)限抗壓強度比水泥摻量5%試樣約高出30%。

對比相同條件養(yǎng)護28，7 d的試樣可知，養(yǎng)護28 d試樣的初始無側(cè)限抗壓強度顯著高于相同水泥摻量養(yǎng)護7 d的試樣；隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，兩者趨于持平。原因在于養(yǎng)護28 d的試樣比養(yǎng)護7 d的水泥反應(yīng)更加充分，而隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加及水泥反應(yīng)完成后，兩者強度逐漸達到同一水平。

2.2 耐久性分析

通過養(yǎng)護7 d后6種不同配合比粉細砂試樣18次干濕循環(huán)后的質(zhì)量損失率來評價粉細砂水泥改良土的耐久性。

粉細砂水泥改良土試樣經(jīng)過18次干濕循環(huán)后，其質(zhì)量不但沒有減少，反而還略有增加，說明水泥水化反應(yīng)所固化水分的質(zhì)量高于干濕循環(huán)所引起混合料損失的質(zhì)量，混合料質(zhì)量增加越多，水泥所固化的水分質(zhì)量越多。用試樣初始質(zhì)量減去18次干濕循環(huán)以后的質(zhì)量，與初始質(zhì)量的比值，作為試樣的質(zhì)量損失率[8]，正值表示質(zhì)量減少，負值表示質(zhì)量增加,見表1。

表1 不同配合比試樣干濕循環(huán)質(zhì)量損失率

由表1可知，水泥摻量、壓實系數(shù)越高，干濕循環(huán)后質(zhì)量增加越多，耐久性越好。我國鐵路系統(tǒng)以5次干濕循環(huán)后的質(zhì)量損失率作為控制指標。因為18次干濕循環(huán)后，本次試驗的6組配合比質(zhì)量沒有損失反而增加，所以都滿足國內(nèi)外相關(guān)標準的要求。但質(zhì)量增加過多會導(dǎo)致粉細砂改良土產(chǎn)生一定程度的膨脹，因此從經(jīng)濟性和適用性上分析，水泥摻量5%的試樣優(yōu)于水泥摻量8%，11%的試樣。

3 結(jié)論

1)細顆粒含量46.53%的粉細砂干濕循環(huán)中，水泥摻量、壓實系數(shù)越高，含水率越接近最優(yōu)含水率，試樣無側(cè)限抗壓強度越高。但水泥摻量過多會使粉細砂水泥改良土產(chǎn)生收縮裂縫，引起粉細砂水泥改良土強度降低。水泥摻量11%、壓實系數(shù)0.95、含水率高于最優(yōu)含水率1%時，粉細砂水泥改良土無側(cè)限抗壓強度最高。

2)水泥摻量5%、11%、15%粉細砂改良土7 d飽和無側(cè)限抗壓強度均滿足《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》的要求。

3)養(yǎng)護28 d試樣初始無側(cè)限抗壓強度高于養(yǎng)護7 d 的試樣，隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，水泥水化反應(yīng)完成，兩者逐漸趨于持平。

4)水泥摻量、壓實系數(shù)越高，粉細砂水泥改良土干濕循環(huán)后質(zhì)量增加越多?？紤]經(jīng)濟性和適用性，水泥摻量5%的試樣優(yōu)于水泥摻量8%，11%的試樣。