曹海文

（五邑大學 土木建筑學院，廣東 江門 529020）

水泥土是由土、水泥和水混合而成的一種具有一定強度的混合物[1].水泥土攪拌樁不僅具有施工簡單、效率高、成本低、工期短，而且在施工過程中具有無振動、無噪音、無泥漿和水污染，同時不會造成局部土體隆起等優(yōu)點，因此水泥土在實際工程中得到大量應用，使得其研究得到迅速發(fā)展[2].赫文秀等[3]研究表明，在水泥土中摻入一定量的砂，可以明顯地提高水泥土的抗壓強度；曲濤[4]等通過在水泥土里面摻入一定比例的砂進去，研究表明，可以改善水泥土的物理性能，使不同齡期下的水泥土無側限抗壓強度均獲得一定程度的提高；王樹娟[5]等在水泥摻入比一定的條件下，用一定量的砂置換等量的土，發(fā)現摻砂對水泥土無側限抗壓強度有明顯的提高.砂是一種價格低廉的摻入材料，在水泥土中摻入一定比例的砂對水泥土強度是有明顯提高.因此，本試驗以五邑大學現代工程綜合實訓中心工程為研究對象，在該工程水泥土中摻入一定比例的砂，研究不同摻砂量、齡期在不同條件養(yǎng)護下對水泥土無側限抗壓強度的影響，本文以現場三軸水泥土攪拌機充分攪拌均勻后的水泥土為原材料，拋棄傳統(tǒng)中到現場取土樣自行攪拌配置水泥土的繁雜模式，同時，為更加全面地反應出實際工程水泥土攪拌樁在土體中從上而下的抗壓強度，本文設計了5種不同的養(yǎng)護條件進行模擬，從而為同類工程項目摻砂水泥土設計提供一定的指導.

1 工程概況

1.1 地質及氣候概況

擬建場地位于廣東省江門市五邑大學校內，其屬于珠江三角沖積平原地貌地帶，原為校園平地，已人工推填平，地勢平緩，地面起伏小，場地地形開闊，無基巖出露.

本區(qū)地處亞熱帶季風區(qū).全年降水豐沛，雨季明顯，日照充足.夏季炎熱，冬季一般比較溫暖.

1.2 水文地質概況

在勘探孔勘探揭示的深度范圍內，該場地地基土主要由人工填土、全新統(tǒng)湖相淤泥、一般粘性土及沖洪積相粗礫砂構成，最底層的寒武系沉積片巖主要包括全風化片巖和強風化片巖.在勘察期間，各鉆孔均遇見地下水.根據區(qū)域水文地質調查結果，該場地地下水穩(wěn)定水位變化幅度可按1.00 m～1.50 m考慮，主要受大氣降水的影響.因此，本文結合場地地質條件，并按照國家標準相關規(guī)定，判定沿線地表水及地下水和土對混凝土結構腐蝕性等級為微，對鋼結構腐蝕性等級為微.

2 水泥土無側限抗壓強度試驗

2.1 試驗材料

水泥土土樣取自五邑大學現代工程綜合訓練中心工程工地，取回的水泥土是經現場三軸水泥土攪拌樁機攪拌好的水泥土，水灰比為1.5:1.

砂是產自江門市的天然河砂，含水率為12%，密度為1435 kg/m，試驗采用江門市新會區(qū)生產的普通硅酸鹽水泥P.O42.5，試驗用水為自來水.

2.2 試驗方案和養(yǎng)護條件

選取摻砂量分別為0%、5%、10%、15%、20%，試塊選用河北安建試驗儀器廠制作的70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 水泥砂漿抗壓三聯(lián)優(yōu)質綠色工程塑料試模，每種配比制作6塊試樣，共5組平行試驗，在試塊在空氣中、常溫塑料包裹中、標準狀況養(yǎng)護箱中、模擬土壤中、水中，共設計5種不同養(yǎng)護條件下模擬，齡期設計了3個齡期，分別為7 d、14 d和28 d，總試塊共有450塊.

圖1 微機控制電子萬能試驗機

不同養(yǎng)護條件模擬情況：樁頂暴露在空氣中的部分，在空氣中養(yǎng)護模擬；樁頂往下0.3 m左右，水分蒸發(fā)不大，用常溫塑料包裹養(yǎng)護模擬；樁頂往下0.6 m左右，濕度加大，用標準養(yǎng)護箱養(yǎng)護模擬；樁頂往下1 m左右，臨近有地下水的位置，在離現場50 m處挖掘一個長1 m，寬0.8 m，深1 m的坑，把試塊放進并回填原土進行模擬；再往下就是地下水位以下的，試塊直接在水中養(yǎng)護模擬.

2.3 試驗設備及操作過程

試驗使用深圳市新三思材料檢測有限公司的微機控制電子萬能試驗機（CMT5105)，如圖1所示.試驗過程如圖2所示.

圖2 試驗操作過程

2.4 試驗結果

試驗過程中，以速度為0.02 mm/min進行變形，試驗結果如表2～6、圖3～15所示.

表2 在空氣中養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度（單位：MPa）

表3 在常溫塑料包裹養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度（單位：MPa）

表4 在標況養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度（單位：MPa）

表5 在土壤養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度（單位：MPa）

表6 在水中養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度（單位：MPa）

圖3 在空氣中養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土水泥土的無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

圖4 在常溫塑料包裹養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

圖5 在標況養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

圖6 在土壤養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

圖7 在水中養(yǎng)護條件下不同齡期水泥土的無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

圖8 在空氣中養(yǎng)護條件下不同摻砂量水泥土的無側限抗壓強度與齡期曲線圖

圖9 在常溫塑料包裹養(yǎng)護條件下不同摻砂量水泥土的無側限抗壓強度與齡期曲線圖

圖10 在標況養(yǎng)護條件下不同摻砂量水泥土的無側限抗壓強度與齡期曲線圖

圖11 在土壤養(yǎng)護條件下不同摻砂量水泥土的無側限抗壓強度與齡期曲線圖

圖12 在水中養(yǎng)護條件下不同摻砂量水泥土的無側限抗壓強度與齡期曲線圖

圖13 同7 d齡期的不同養(yǎng)護條件下的水泥土無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

圖14 同14 d齡期的不同養(yǎng)護條件下的水泥土無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

3 試驗結果分析

3.1 摻砂量對水泥土抗壓強度的影響

當水灰比均為1.5:1時，摻砂量與不同齡期水泥土的抗壓強度關系如表2～6所示，圖3～7所示.

根據圖表數據分析得到不同摻砂量水泥土強度提高數據匯總如表7所示.

由試驗數據分析可知，隨著摻砂量的增加，各水泥土立方塊試塊無側限抗壓強度先提高后降低，最優(yōu)摻砂量為15%.當摻砂量從0%增大到15%時，試塊的無側限抗壓強度也隨之增大而提高，當摻砂量從15%增加到20%時，則試塊無側限強度變化不大甚至減少；但是整體上來說，相對于摻砂量為0%時，各試塊的無側限抗壓強度是有所提高的.

圖15 同28 d齡期的不同養(yǎng)護條件下的水泥土無側限抗壓強度與摻砂量曲線圖

最優(yōu)摻砂量為15%時，水泥土試塊的無側限抗壓強度是顯著提高的.這是因為在摻砂水泥土中，砂顆粒起到了相當于混凝土中骨料的作用，當水泥發(fā)生水化反應產生的膠結作用時，將產生以砂顆粒為中心，砂顆粒及土將和水泥水化產物形成的最優(yōu)級配無數聯(lián)接結構，硬化后將具有較高的強度[6].

3.2 齡期對水泥土抗壓強度的影響

當水灰比均為1.5時，齡期與不同摻砂量水泥土的抗壓強度關系如圖8～12所示.

根據圖表數據分析得到不同齡期水泥土強度提高數據匯總如表8所示.

表8 不同摻砂量下的不同齡期水泥土強度提高數據匯總

由此可知，當其他條件相同時，水泥土無側限抗壓強度隨齡期增長而增大.

3.3 養(yǎng)護條件對水泥土抗壓強度的影響

當水灰比均為1.5:1時，同一齡期不同養(yǎng)護條件下水泥土的抗壓強度與摻砂量關系如圖13～15可以看出，當其他條件相同時，不同的養(yǎng)護條件下對水泥土無側限抗壓強度是不同的，其養(yǎng)護條件下強度逐漸遞減：空氣中、常溫包裹中、標準狀況中、土壤中、水中.

4 結論

本文通過對江門五邑大學現代工程綜合訓練中心項目水泥土無側限抗壓強度進行試驗研究，得出以下結論：

1）影響水泥土攪拌墻抗壓強度的因素包括摻砂量、齡期和養(yǎng)護條件等.

2）當摻砂量從0%～15%時，水泥土的抗壓強度隨著摻砂量的增加而增大，當摻砂量在15%～20%時，強度到了一定的極限值后，強度變化不大，甚至減少.

3）當其他條件相同時，不同的養(yǎng)護條件下對水泥土無側限抗壓強度是不同的，其養(yǎng)護條件下強度順序：空氣中＞常溫包裹中＞標準狀況中＞土壤中＞水中.

本文結果對江門地區(qū)以及類似土層類別的地區(qū)實際項目具有一定的指導意義，今后希望對水泥土的抗折強度和抗?jié)B性能等進行進一步的研究.