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        水泥混合土滲透特性試驗(yàn)研究

        2020-08-11 17:07:52趙文文王盛年
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2020年14期
        關(guān)鍵詞:土質(zhì)粉質(zhì)土樣

        趙文文,王盛年

        (1.南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司,南京210000;2.南京工業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,南京211816)

        1 引言

        水泥土是指將原狀土進(jìn)行切削破碎并注入固化劑(一般為水泥),經(jīng)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用后形成的具有一定整體性、水穩(wěn)定性和強(qiáng)度的改良土體,在工程實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用[1,2]。然而,由于細(xì)粒土土?;钚暂^高,其對(duì)水泥的水化水解會(huì)產(chǎn)生不可忽視的影響,細(xì)粒土中水泥水化因此將與傳統(tǒng)意義上的水泥混凝土與水泥砂漿中水泥水化水解存在差異[3~5]。原位鉆孔取芯試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)是水泥土工程抗?jié)B性能分析的主要手段[6]。其中,原位鉆孔取芯試驗(yàn)由于技術(shù)與成本的限制,且施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的場(chǎng)地條件對(duì)水泥土試驗(yàn)的影響顯著,試驗(yàn)結(jié)果離散性較大[7];室內(nèi)試驗(yàn)則因較易開展且受外界環(huán)境的影響較小,因此,在水泥土研究中被廣泛采用[8]。本文將針對(duì)細(xì)砂、粉質(zhì)黏土和黏土進(jìn)行不同組合配比條件下的混合土質(zhì)水泥固化土進(jìn)行滲透性能測(cè)試,以揭示其受土質(zhì)影響的規(guī)律。

        2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

        2.1 試驗(yàn)材料

        選取長(zhǎng)江右岸Ⅰ級(jí)階地典型細(xì)砂、粉質(zhì)黏土和黏土為代表性土質(zhì),開展土質(zhì)因素對(duì)水泥土抗?jié)B性能影響的試驗(yàn)研究。由于所需土樣較多,試驗(yàn)時(shí)間跨度較大,不具備所有土樣均采取原狀土樣的條件,因此,采用2種土樣采集方式開展試驗(yàn):一種是取原狀土開展土工試驗(yàn),獲取原狀土樣滲透系數(shù),如表1所示;另一種為擾動(dòng)土樣,用于開展水泥土滲透特性試驗(yàn)研究。

        表1土樣滲透系數(shù)

        2.2 試驗(yàn)裝置

        滲透試驗(yàn)采用依據(jù)JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)的、專門用于水泥土滲透系數(shù)測(cè)定的TJSS-25型滲透試驗(yàn)裝置,如圖1所示。該裝置可自動(dòng)加壓,恒壓保持,并可進(jìn)行較高水頭壓力下的弱透水或不透水水泥土的滲透系數(shù)測(cè)試。

        圖1水泥土滲透試驗(yàn)裝置

        2.3 試驗(yàn)方案

        試驗(yàn)選取細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、黏土按照不同組合與配比進(jìn)行相互混合,以模擬水泥土施工過程中形成的混合土質(zhì)土體?;旌贤临|(zhì)組合與配比情況如表2所示。

        表2混合土配比情況

        2.4 試樣制備

        滲透試驗(yàn)試樣制備過程如下:

        1)土樣處理。按照J(rèn)GJ/T 233—2011《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》將現(xiàn)場(chǎng)取回的土樣進(jìn)行破碎、烘干、粉碎以及過2mm篩,獲得試驗(yàn)中所需土樣,如圖2所示。

        2)試樣制備。試驗(yàn)固化劑選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水灰比取1.2。根據(jù)水泥土配合比稱取相應(yīng)土樣及水泥質(zhì)量,充分混合后加水?dāng)嚢杈鶆?,然后再將土樣分多次裝入截頭圓錐形試模(頂徑7cm,底徑8cm,高3cm),每次裝料高度大致相等,裝料后按螺旋方向從邊緣向中心插搗15次、再用刮刀刮毛試樣表面。試樣制備控制在25min內(nèi)成型。每種規(guī)格試樣制備3個(gè)平行樣。

        3)試樣養(yǎng)護(hù)。試樣在室溫20℃±5℃、相對(duì)濕度不低于50%的環(huán)境中靜置24h后拆模,拆模后將試模外側(cè)和兩端多余的材料削去,確保試件不破損、變形,質(zhì)量極差不超過平均值20%,試塊在脫模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(相對(duì)濕度大于95%,溫度范圍20℃±3℃)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期,如圖3所示。

        圖2土樣處理

        圖3試樣拆模與養(yǎng)護(hù)

        3 試驗(yàn)結(jié)果分析

        3.1 試驗(yàn)流程

        滲透試驗(yàn)過程中側(cè)壁止水問題是決定試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。滲透試驗(yàn)開始前,經(jīng)對(duì)前人經(jīng)驗(yàn)參考以及反復(fù)嘗試后,最終選取石蠟作為側(cè)壁止水材料。具體做法是將石蠟加熱融化,在滲透試樣的側(cè)壁涂抹一層液態(tài)石蠟,并立即壓入滲透儀試模,靜置至石蠟?zāi)Y(jié),封閉試樣與試模之間的縫隙達(dá)到側(cè)壁止水的目的。為進(jìn)一步增加儀器的密閉性,在試模與儀器的連接螺紋處纏繞一圈止水生料帶,將試模旋入儀器基座開始試驗(yàn),如圖4所示。

        水泥土滲透系數(shù)測(cè)定具體流程如下:

        圖4滲透試驗(yàn)止水措施

        1)待完成養(yǎng)護(hù)的試件飽和后,在試樣側(cè)面涂上液態(tài)石蠟并壓入滲透試模,下口放置透水石,在試模外側(cè)纏上生料帶裝入滲透儀,并在試件上端面放置濾紙。2)調(diào)節(jié)壓力表,按每級(jí)0.02MPa逐級(jí)施加壓力至0.1MPa,直至水泥土試件表面有水滲出為止,然后以每級(jí)加壓幅度0.1MPa開始滲透測(cè)試。每級(jí)恒壓滲透時(shí)間設(shè)置為1h。

        3)恒定滲壓下待滴定管內(nèi)液面逐漸穩(wěn)定后,開始讀數(shù)記錄,并測(cè)記水溫。讀數(shù)時(shí)間間隔依照滲水量大小選定。對(duì)于滲水量較大的試件,每隔3~5min讀數(shù)一次;對(duì)于滲水量較小的試件,每隔30~60min讀數(shù)一次。當(dāng)由滲水量計(jì)算的滲透系數(shù)差值不大于2×10-n(n為滲透系數(shù)數(shù)量級(jí))時(shí),停止試驗(yàn)。

        3.2 試驗(yàn)結(jié)果

        試驗(yàn)測(cè)得不同混合土質(zhì)水泥土的滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表可知,混合土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)大致分布于細(xì)砂質(zhì)水泥土與粉質(zhì)黏土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)值之間,但隨著混合土質(zhì)中粉質(zhì)黏土含量的提高,滲透系數(shù)有所下降。25%細(xì)砂+75%粉質(zhì)黏土的水泥土滲透系數(shù)較細(xì)砂質(zhì)水泥土下降了26%,但卻比粉質(zhì)黏土質(zhì)水泥土提高了91%,可知混合土質(zhì)中滲透性較大的土質(zhì)對(duì)水泥土滲透性起到控制性作用,但卻因細(xì)砂的摻入滲透系數(shù)有一定程度的下降。事實(shí)上,水泥固化改良土體抗?jié)B性主要是通過水泥水化物改善土體孔隙結(jié)構(gòu),從而降低土體滲透性,然而,一定的水泥摻入僅能改善土體的部分空隙結(jié)構(gòu),對(duì)于砂性土這類空隙較高的土體,水泥水化產(chǎn)物就更不能保證其能完全充填其孔隙結(jié)構(gòu),因此,從這一角度來講,施工中將砂性土攪拌進(jìn)滲透性較低的粉質(zhì)黏土與黏土是不利于水泥土抗?jié)B性能的提升的。

        表3混合土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)

        4 結(jié)論

        本文針對(duì)不同混合土質(zhì)條件下的水泥固化土進(jìn)行滲透性能測(cè)試,結(jié)果表明:混合土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)變化則受滲透性較強(qiáng)的土質(zhì)的影響更為明顯,與單一土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)較大者更加接近,同時(shí)由于細(xì)顆粒的加入部分改善了孔隙結(jié)構(gòu)使得滲透系數(shù)略有下降。

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