袁寶王君

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧沈陽125316）

水泥土無側限抗壓強度試驗

袁寶王君

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧沈陽125316）

為探討水泥含量、齡期和含水率對水泥土無側限抗壓強度的影響，分別對水泥含量為2%，4%，6%，8%和10%，齡期分別為7 d，14 d和28 d，含水率為2%，4%，6%，8%和10%水泥土試樣進行無側限抗壓強度試驗。結果表明，隨水泥含量和齡期增大，水泥土無側限抗壓強度增大；隨含水率增大，水泥土無側限抗壓強度先增大后減小，含水率約為6%時，其強度達到最大值。

水泥含量；含水率；齡期；無側限抗壓強度

1 概況

采用水泥作固化劑，將其與原位土進行攪拌，形成具有一定強度的水泥加固土或水泥土樁是目前地基加固的一種常用方法。由于該方法能夠有效的利用原位土，減少了挖方和填方量，且施工時噪音和污染小，在地基處理中具有廣泛的應用。

影響水泥土無側限抗壓強度的因素有很多，土性、含水率、水泥種類、養(yǎng)護齡期、水泥含量以及攪拌方法對其強度均有較大影響。N.Miura等系統(tǒng)研究了水泥土無側限抗壓強度、壓縮特性以及三軸剪切強度與水灰比的關系。結果表明，水灰比對水泥土的強度特性和變形特性均有決定性作用，因此建議用水灰比作為水泥土強度的一個實際表征參數。Lorenzo和Bergado認為齡期對水泥土強度有重要影響，在取表征參數時應考慮齡期的影響，而水泥土的孔隙比對初始含水率和齡期對水泥土強度影響的變化規(guī)律能較好反映。Jongpradist等通過采用水泥土中注入空氣，模擬水泥土的非飽和狀態(tài)，從而探討可非飽和條件下水泥土的無側限抗壓強度特性。曹智國等認為水泥土可分為兩大類，即水泥加固土和水泥穩(wěn)定土，水泥加固土含水率一般較高而水泥穩(wěn)定土含水率一般較低，通過選取的2種典型土樣，分別配水制成水泥加固土和水泥穩(wěn)定土，并對其開展無側限抗壓強度試驗。試驗結果表明：水泥土的初始含水率、壓實程度對水泥土孔隙率有較大影響；隨水泥含量和養(yǎng)護齡期增大水泥土的飽和度降低；水泥為5%～20%時，隨水泥摻量增大，水泥土無側限抗壓強度增大，且近似呈冪函數關系。

通過對水泥含量為2%，4%，6%，8%和10%，齡期分別為7，14，8 d，含水率為2%，4%，6%，8%和10%水泥土試樣進行無側限抗壓強度試驗，分析了水泥摻量、齡期和含水率對其無側限抗壓強度的影響。

2 試驗土料與試驗程序

土料比重為2.72，液塑限采用液塑限聯(lián)合測量儀進行測定，液限為47.7%，塑限為24.5%，塑性指數為23.2%。采用比重計法和篩析法聯(lián)合進行顆粒分析試驗，顆分結果如圖1所示?？梢?，試驗土料最大粒徑為2 mm，粗粒含量為26.7%，細粒含量為83.3%，定義粒徑小于0.005 mm的顆粒為黏粒，黏粒含量為23.7%，根據SL237-1999土工試驗規(guī)程分類法，可將其定名為低液限黏土。水泥采用普通硅酸鹽水泥，標號32.5，細度（80 μm）7.8%，初凝時間320 min；3，7，28，90 d齡期抗壓強度分別為22.5，31.0，42.8，66.4 MPa。

圖1 土料級配曲線

無側限抗壓強度試驗在應變控制式承載比試驗儀上開展，最大軸向力30 kN，剪切速率為用1 mm/min。試樣尺寸為Φ61.8 mm×120 mm，制樣干密度1.75 g/cm3，分3層制樣，24 h脫膜，試驗方案如下。

1）水泥摻量共5組，分別為2%，4%，6%，8%和10%，每組3個試樣平行試驗，水灰比0.8，混凝土標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28 d；

2）含水率共5組，分別為2%，4%，6%，8%和10%，水泥摻量6%，每組3個試樣平行試驗，混凝土標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28 d；

3）齡期共5組，分別為7，14，28，60，90 d，水泥摻量6%，水灰比0.8，每組3個試樣平行試驗。

3 試驗結果與分析

3.1 水泥摻量影響

為分析水泥摻量對水泥土無側限抗壓強度的影響，對水泥摻量分別為2%，4%，6%，8%和10%共5組試樣進行無側限抗壓強度試驗。每組試驗平行3組進行，剔除偏移較大的點，對剩余的點取平均值作為其無側限抗壓強度值。不同水泥摻量條件下，水泥土無側限抗壓強度如圖2所示?？芍S水泥摻量增大，水泥土無側限抗壓強度增大，水泥摻量由2%增大到10%，水泥土無側限抗壓強度值由676 kPa增大到1 514 kPa。這主要是由于隨水泥摻量增加，水泥水化作用產生的水化產物如水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等增多。水化產物還會與土顆粒離子發(fā)生一系列反應，如發(fā)生離子交換、膠結和凝硬等物理化學反應，從而提高了水泥土的無側限抗壓強度。水泥摻量增多，水化反應和火山灰反應形成的產物對土體有填充和擠密作用，土體的孔隙率逐漸減小，土顆粒間接觸面積增大，無側限抗壓強度越高。

水泥摻量為2%時，水泥土的無側限抗壓強度值較低。這主要是由于，水泥過少，水泥水化作用較弱。水泥與土粒間反應以及火山灰反應產物過少，對土體整體抵抗破壞的能力影響較小，K. Uddin將這一區(qū)域定義為水泥土的非反應區(qū)。當水泥摻量由2%增大到4%時，水泥土無側限抗壓強度值增長率44.1%，其后隨水泥摻量增大，強度增長率依次為20%，15.2%和12.4%，可知水泥摻量從2%增大到4%強度增長最明顯，這主要是由于水泥摻量為2%時，水泥摻量較少，水泥骨架難以形成，水泥土無側限抗壓強度低，而水泥摻量為4%時，形成了水泥骨架能承受較大荷載，其無側限抗壓強度值增大。

圖2 無側限抗壓強度-水泥摻量關系曲線

3.2 含水率影響

為分析含水率對水泥土無側限抗壓強度的影響，對含水率分別為2%，4%，6%，8%和10%共5組試樣進行無側限抗壓強度試驗，水泥摻量為6%，齡期為28 d，試驗結果如圖3所示?？芍S含水率增大，水泥土無側限抗壓強度先增大后減小，含水率為6%時，水泥土無側限抗壓強度值最大為1 187 kPa；含水率為2%時水泥土無側限抗壓強度值最小1 017 kPa。水泥發(fā)生水化反應，生成水化產物，形成具有一定強度的水泥骨架，當含水率較低時，水泥不能與水充分反應，形成具有高強度的水化產物。因此，在含水率較低時，水泥土無側限抗壓強度值較低，而含水率較高時，水對水泥起稀釋作用，含水率越高，水泥形成的骨架強度越弱，表現為隨含水率增大，水泥土無側限抗壓強度先增大后減小。

3.3 齡期影響

為分析齡期對水泥土無側限抗壓強度的影響，對齡期分別為7，14，28，60，90 d共5組試樣進行無側限抗壓強度試驗，水泥摻量為6%，水灰比為0.8，水泥土無側限抗壓強度隨齡期變化規(guī)律如圖4所示。由圖4可知，齡期由7 d增大到90 d，水泥土無側限抗壓強由752 kPa增大到1 537 kPa。這主要是由于隨著養(yǎng)護齡期增大，水泥水化反應越充分，水化程度越深，水化所產生的水化產物數量逐漸增多，此外，與水泥摻量增大類似，水化產物增多填充了土顆粒間的間隙，使得土體孔隙率減小，土體更加密實。因此，水泥土無側限抗壓強度增大。一般認為，水泥土無側限抗壓強度值與齡期近似呈乘冪關系，可寫為：

圖3 無側限抗壓強度-含水率關系曲線

式中：qu為水泥土無側限抗壓強度值；a，b為參數，試驗a=465.4 kPa，b=0.27；T為齡期。

圖4 無側限抗壓強度-齡期關系曲線

然而也有研究表明，隨齡期增長，水泥土無側限抗壓強度近似呈線性增長，這可能是由于水泥土火山灰反應持續(xù)進行的原因。隨齡期增長，水泥土無側限抗壓強度的增長率分別為31.9%，20.1%，18.7%和11.4%?？梢钥闯鲭S齡期增大，水泥土無側限抗壓強度的增長率逐漸降低。這主要是由于初期水泥水化作用和火山灰反應較強，生成水化產物較多，水泥土強度增長較快，而隨齡期增大，水化反應和火山灰反應逐漸減弱，新生成的水化產物逐漸減少，水泥土無側限抗壓強度增長逐漸趨于不明顯。

4 結論

通過對不同水泥摻量、齡期和含水率的水泥土進行無側限抗壓強度試驗，分析了水泥摻量、齡期和含水率對水泥土無側限抗壓強度的影響，主要結論如下：

1）隨水泥摻量增大，水泥土無側限抗壓強度增大，且水泥摻量由2%增大到4%時，水泥土無側限抗壓強度增大最明顯。

2）隨含水率增大，水泥土無側限抗壓強度先增大后減小，含水率大約為6%時水泥土無側限抗壓強度值最大。

3）隨齡期增長，水泥土無側限抗壓強度逐漸增大，水泥土無側限抗壓強度值與齡期近似呈乘冪關系。

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