污染環(huán)境對水泥土力學(xué)性能影響研究

王 妍 趙國榮

(中航勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100098)

1 概述

水泥土攪拌樁利用機械將水泥固化劑與地基土強制攪拌，使軟土地基與水泥土相互作用，從而硬結(jié)成具有水穩(wěn)定性、整體性和一定強度的樁體[1]。水泥土是地基土與水泥固化劑中的物質(zhì)成分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而形成的復(fù)合體，水泥土可提高地基土的抗壓強度與土體的抗?jié)B性，減少地基土的變形[2]。

水泥土攪拌樁具有施工方法簡便、性能良好，而且其取材廣泛、工程造價低、施工過程中無振動和噪聲、對周圍建筑物無有害影響等優(yōu)點[3]，使水泥土攪拌樁施工工藝廣泛的應(yīng)用在地基加固、公路基層處理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域[4]，取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益[5]。

而在實際工程中水泥土常常處于海水、生活污水、礦井水、工廠廢水等被污染的環(huán)境之中。在這些侵蝕環(huán)境之下，水泥土的變形特征、承載能力、力學(xué)性能和耐久性等性能都會受到影響[6-8]。

因此在工程的設(shè)計和施工時都要考慮到這方面的變化。本文通過室內(nèi)模型試驗，考慮不同的侵蝕環(huán)境對水泥土力學(xué)性能的影響，得出水泥土無側(cè)限抗壓強度的變化規(guī)律，為優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

2 實驗材料

水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，土樣選自徐州市某工地的粉土，其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 土樣的物理指標(biāo)

對取樣粉土采用顆粒分析實驗，當(dāng)顆粒粒徑大于0.075 mm時運用“篩分法”，當(dāng)顆粒粒徑小于0.075 mm時運用“密度計法”，分析得出取樣粉土的顆粒組成含量見表2。

3 試塊的配置

表2 粉土的顆粒組成

本次實驗所采用的水灰比為0.5，水泥滲入比為20%，將實驗采用的MgSO4,NaOH,NaCl三種侵蝕溶液分成五檔的不同濃度，五檔濃度分別為1.5 g/L,4.5 g/L,9.0 g/L,18 g/L,22.5 g/L。

首先，將五檔不同濃度的侵蝕溶液、取樣粉土以及普通硅酸鹽水泥充分混合，放在(7.07×7.07×7.07)cm3的標(biāo)準(zhǔn)模具中，隨后放在振動臺上振動1 min，將表面抹平，靜置24 h后，將試塊脫模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱中進行養(yǎng)護。

4 無側(cè)限抗壓強度

水泥土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱中養(yǎng)護7 d,14 d,28 d,60 d,90 d后，對水泥土試塊進行無側(cè)限抗壓強度實驗，通過實驗，獲得應(yīng)力—應(yīng)變曲線以及最大抗壓強度值。

試塊的抗壓強度值是3個平行試塊測定值的算數(shù)平均值，當(dāng)試塊的測定值與平均值差超過15%時，則剔除該試塊的測定值，按余下試塊的測定值計算平均值。圖1，圖2為本次實驗所用儀器和設(shè)備。

4.1 MgSO4水泥污染土試塊

水泥土試塊的強度來源主要包括兩個方面，一方面是水泥水化產(chǎn)物(CSH)之間的相互膠結(jié)產(chǎn)生的作用。另一方面是因為水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2與土中的活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生水化物的膠結(jié)作用，其中水泥水化產(chǎn)物(CSH)之間的相互膠結(jié)產(chǎn)生的作用是強度的主要來源。

4.2 NaOH水泥污染土試塊

前期高濃度的NaOH水泥污染土試塊的抗壓強度大于低濃度，主要是因為NaOH使得水泥污染土中的化學(xué)組分Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O更具穩(wěn)定性，另外NaOH與水泥污染土中的某些化學(xué)組分發(fā)生反應(yīng)，促使水泥加速水化，增加水泥污染土的密實度。然而隨著養(yǎng)護齡期的增大NaOH水泥污染土試塊的抗壓強度有降低趨勢，那是因為OH-長期對試塊的侵蝕作用，如圖4所示。

4.3 NaCl水泥污染土試塊

隨著NaCl濃度的增高，水泥污染土試塊抗壓強度出現(xiàn)先增高后降低的趨勢，主要是因為隨著侵蝕性Cl-濃度的增高，它對試塊抗壓強度負(fù)面影響就越來越明顯，見圖5。

5 結(jié)語

1)低濃度的Cl-對于前期水泥污染土試塊的抗壓強度有一定的促進作用，但是隨著濃度的增高這種效果越來越不明顯，甚至低于水泥污染土試塊的抗壓強度。

2)前期隨著OH-濃度的增大，水泥污染土試塊抗壓強度就越來越大，但是隨著養(yǎng)護齡期的增大，OH-對于水泥污染土試塊的侵蝕性就越來越明顯，導(dǎo)致水泥污染土試塊抗壓強度的降低。

4)不同濃度的MgSO4水泥污染土試塊抗壓強度普遍高于水泥土試塊抗壓強度，NaOH,NaCl水泥污染土試塊的抗壓強度出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而且部分濃度的水泥污染土試塊抗壓強度已經(jīng)低于水泥土試塊抗壓強度。

參考文獻:

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