夯實水泥土抗壓強度室內(nèi)試驗研究

何耀輝,孫從炎,陳式華

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

夯實水泥土為選用相對單一的土質(zhì)材料,與水泥按一定配比,在混合料最優(yōu)含水率附近,孔外充分拌和均勻制成水泥土,分層向孔內(nèi)回填并強力夯實到一定密度制成。夯實水泥土不僅具有土的一些特性,同時也具有混凝土的某些性質(zhì)[1]。水泥在吸取土中的水分后產(chǎn)生凝結(jié)、硬化,形成水泥石骨架并包裹土顆粒,在土體中形成大量的纖維狀結(jié)晶,并不斷延伸充填到土體孔隙中,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),增加了土體的強度[2],同時也能起到提高土體抗?jié)B性能的作用。夯實水泥土為中國建筑科學(xué)研究院在20年紀(jì)90年代提出,主要應(yīng)用于北京、河北等地的舊城區(qū)危改小區(qū)工程中[3-4],起到形成復(fù)合地基,提高地基土強度的目的。近年來,在浙江省一些水庫除險加固工程使用套井時,套井底部往往有一定的滲水,設(shè)計單位考慮采用夯實水泥土既能讓水泥水化吸收一部分水分,又能銜接套井上部黏性土與壩基基巖以過渡力學(xué)性能,并能提高接觸段的抗?jié)B性能。因此,有必要對夯實水泥土的力學(xué)和抗?jié)B性能作些試驗研究,本文僅研究不同水泥摻入比、壓實度、齡期對夯實水泥土抗壓強度的影響。

2 試驗概述

試驗土料取自義烏市姑塘水庫、幸福水庫黏性土料場。試樣制備參照標(biāo)準(zhǔn)[5],將現(xiàn)場取得的土料風(fēng)干、碾碎、過2 mm篩,形成制備試樣用的土料。測定風(fēng)干含水率,換算成干土質(zhì)量,按一定的摻入比aw(aw為水泥與干土的質(zhì)量之比)稱風(fēng)干土和水泥量,按混合料最優(yōu)含水率加入水拌和均勻。根據(jù)不同壓實度λc在標(biāo)準(zhǔn)擊樣筒上分層擊實成型,試樣尺寸為φ 39.1mm×80 mm的圓柱體。試樣制備成型1 d后脫模用塑料袋密封,放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室保濕養(yǎng)護(hù)。待試樣養(yǎng)護(hù)達(dá)到規(guī)定齡期時,在標(biāo)準(zhǔn)壓力機上進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗 (試樣兩端沒抹潤滑油),軸向位移速率為0.4 mm/min。試驗水泥為浙江產(chǎn)325號普通硅酸鹽水泥。試驗土料指標(biāo)見表1(液限為76 g錐下沉深度17 mm時對應(yīng)的含水率,滲透系數(shù)為壓實度λ c=96%);不同摻入比水泥土的最大干密度、最優(yōu)含水率見表2。

表1 試驗土料物理性質(zhì)指標(biāo)表

表2 夯實水泥土擊實試驗指標(biāo)表

3 夯實水泥土無側(cè)限抗壓強度特性

夯實水泥土強度一般主要由夯實水泥土自身物理結(jié)構(gòu)強度與水泥硬化硬凝膠結(jié)強度組成,素土本身的結(jié)構(gòu)強度在其中只占一小部分[6]。無側(cè)限抗壓強度試驗成果見表3、4。

表3 姑塘水庫水泥土無側(cè)限抗壓強度試驗成果表 MPa

表4 幸福水庫水泥土 (λ c=96%)無側(cè)限抗壓強度試驗成果表 MPa

3.1 無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比變化規(guī)律

圖1～3為夯實水泥土在齡期28,60,90 d時,不同壓實度情況下無側(cè)限抗壓強度與水泥摻入比的關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出:齡期、壓實度相同時,無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比的增加而增大;當(dāng)壓實度為85%時,28,60,90 d齡期的無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比的增加基本成直線關(guān)系增長,壓實度越大,無側(cè)限抗壓強度與水泥摻入比的直線關(guān)系越差。

3.2 無側(cè)限抗壓強度隨壓實度變化規(guī)律

圖4～6為夯實水泥土在齡期28,60,90 d時,不同水泥摻入比情況下無側(cè)限抗壓強度與壓實度的關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出,齡期、水泥摻入比相同時,無側(cè)限抗壓強度隨壓實度的增大而增大;當(dāng)壓實度在93%以下,水泥摻入比為0、0.20、0.25時無側(cè)限抗壓強度隨壓實度的增大基本成直線關(guān)系增長;隨著水泥摻入比的減小,無側(cè)限抗壓強度要想有顯著的提高,則必須增加壓實度,水泥摻入比為0.50時,壓實度最好控制在93%以上,水泥摻入比為0.25、0.20時,壓實度最好控制在96%以上。

圖1 齡期28 d時不同壓實度無側(cè)限抗壓強度與摻入比關(guān)系曲線圖

圖2 齡期60 d時不同壓實度無側(cè)限抗壓強度與摻入比關(guān)系曲線圖

圖3 齡期90 d時不同壓實度無側(cè)限抗壓強度與摻入比關(guān)系曲線圖

圖4 齡期28 d時無側(cè)限抗壓強度與壓實度關(guān)系曲線圖

圖5 齡期60 d時無側(cè)限抗壓強度與壓實度關(guān)系曲線圖

圖6 齡期90 d時無側(cè)限抗壓強度與壓實度關(guān)系曲線圖

3.3 無側(cè)限抗壓強度隨齡期變化規(guī)律

圖7為幸福水庫水泥土在壓實度為96%時,不同水泥摻入比無側(cè)限抗壓強度與齡期的關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出,壓實度、水泥摻入比相同時,無側(cè)限抗壓強度隨齡期的增長而增大;夯實水泥土強度早期增長較快,后期仍呈增長趨勢,但增長速率減緩;90 d時,抗壓強度增長趨勢仍較明顯。已有資料表明,180 d齡期后,夯實水泥土的抗壓強度仍會繼續(xù)增長。凝及與土料發(fā)生各種復(fù)雜的物理化學(xué)反映,夯實水泥土的強度變化情況較水泥砂漿或純土復(fù)雜。

圖7 壓實度96%時無側(cè)限抗壓強度與齡期關(guān)系曲線圖

4 結(jié) 語

(1)夯實水泥土強度一般主要由夯實水泥土自身物理結(jié)構(gòu)強度與水泥硬化硬凝膠結(jié)強度組成,由于水泥硬化硬

(2)夯實水泥土抗壓強度隨水泥摻入比、壓實度、齡期的增加而增長。

(3)180 d齡期后,夯實水泥土的抗壓強度仍會繼續(xù)增長。

(4)實際工程中,當(dāng)套井接觸段由于壩體滲水等原因有水時,應(yīng)根據(jù)水量的大小,提高夯實水泥土的水泥摻入比或降低入井前水泥土的含水率;當(dāng)含水率較高時,應(yīng)按套井施工的常規(guī)方法,反復(fù)填抓,直至孔內(nèi)水量較少,不然,很難保證夯實水泥土的壓實度而影響使用效果。

(5)工程實際應(yīng)用時,應(yīng)盡量提高水泥土的壓實度,并尋求一個適合的水泥摻入比,以達(dá)到較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

[1]郭紅梅,馬培賢.夯實水泥土強度特性的試驗研究 [J].勘察科學(xué)技術(shù),2001(4):27-31.

[2]張家柱,程釗,余金煌.水泥土性能的試驗研究[J].巖土工程技術(shù),1999(3):38-40.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 (JGJ 79—2002)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[4]李占強.夯實水泥土樁復(fù)合地基的試驗研究及其數(shù)值模擬[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2005.

[5]中華人民共和國水利部.土工試驗規(guī)程(SL 237—1999)[S].北京:中國水利水電出版社.1999.

[6]劉煥存.夯實水泥土強度特性試驗研究[J].巖土工程技術(shù),1996(3):16-20.