侵蝕環(huán)境下水泥黃土強(qiáng)度試驗(yàn)研究

【摘要】本文通過室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究不同侵蝕條件下水泥黃土強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律，旨在為水泥黃土在侵蝕環(huán)境下的工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。試驗(yàn)結(jié)果表明：水泥黃土在CaSO4溶液、MgSO4溶液、NaOH溶液 、NaCl溶液中同期強(qiáng)度均小于在清水養(yǎng)護(hù)中的強(qiáng)度，這說明其中的硫酸根、氫氧根、鈉離子及氯離子對水泥黃土的強(qiáng)度有削減作用，整體為其濃度越大，削減作用越強(qiáng)。齡期越長，削減作用越明顯，其中NaOH、NaCl對水泥黃土強(qiáng)度的削減作用最輕，CaSO4 MgSO4對水泥的削減作用最大；微量的Na2SO4對水泥黃土的強(qiáng)度有正面作用；水泥黃土的強(qiáng)度整體隨齡期的增加而增加，但是隨著時(shí)間的增長，這些化學(xué)溶液對水泥黃土的侵蝕作用明顯增強(qiáng)，呈現(xiàn)出一種現(xiàn)增加后削減的現(xiàn)象；并得到5種溶液濃度均為22.5g/L時(shí)，28d水泥黃土試件的抗壓強(qiáng)度值大小關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】侵蝕；水泥黃土；強(qiáng)度

我國西部地區(qū)黃土分布面積較為廣泛，西部地區(qū)高級(jí)公路地基和建筑地基往往會(huì)遇到黃土地基的問題[1]。水泥土技術(shù)在實(shí)際工程中應(yīng)用較為廣泛，其也是處理飽和軟黃土地基一種行之有效的方法之一[2]。而地基常期處于地下水、海水等自然環(huán)境的侵蝕、重金屬離子及酸堿鹽等化學(xué)溶液侵蝕等各類復(fù)雜的環(huán)境中[3]，其對水泥土地基產(chǎn)生重要影響，這一問題已經(jīng)受到相關(guān)學(xué)者的注意。如寧寶寬等研究環(huán)境侵蝕下水泥土力學(xué)特性 [4-5]；白曉紅等人采用模擬試驗(yàn)的方法探討了在各種污染環(huán)境因素影響下（清水、不同化學(xué)溶液、不同濃度等）水泥土力學(xué)特性[3]；劉泉聲，柳志平等研究研究海水侵蝕環(huán)境下水泥土強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律，建立海水侵蝕環(huán)境下水泥土強(qiáng)度性質(zhì)的溶液濃度-侵蝕時(shí)間等效模型，預(yù)測海水侵蝕環(huán)境下水泥土加固體的耐久性[6-7]。然而在侵蝕條件下水泥黃土的力學(xué)性能研究較少，為補(bǔ)充該方面的內(nèi)容，本文通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)，研究不同侵蝕條件下水泥黃土強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律。為水泥黃土在侵蝕環(huán)境下的工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1、試驗(yàn)

試驗(yàn)用的水泥為普通硅酸鹽水泥（P.O.42.5），用的土取自西安市長安區(qū)地下4m黃土，將土樣風(fēng)干、捻散，過2mm篩，并按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定進(jìn)

行了比重試驗(yàn)、含水量及界限含水量試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)，其結(jié)果參數(shù)見表1。

試驗(yàn)侵蝕溶液的配制是按照《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定配制了5種化學(xué)溶液，CaSO4、MgSO4、NaCl、NaOH、Na2SO4，其濃度依次為1.5g/L、4.5 g/L、 9 g/L、 18 g/L、 22.5 g/L。

試驗(yàn)中黃土樣100g、水泥25g和水52ml，用攪拌機(jī)攪拌均勻裝膜成型，試件尺寸70.7cm×70.7 cm×70.7 cm，24小時(shí)后脫模。為與工程實(shí)際相符，采用自然養(yǎng)護(hù)的方法，養(yǎng)護(hù)7d后將其放入不同化學(xué)溶液中，并測定3d、7d、14d、28d的抗壓強(qiáng)度，取3個(gè)平行試驗(yàn)的抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值作為該組試塊的抗壓強(qiáng)度。

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用的儀器為電子萬能試驗(yàn)機(jī)。通過測定浸泡過的試件的抗壓強(qiáng)度，研究不同侵蝕條件，不同齡期下水泥黃土抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。

2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 試件外觀變化

觀察水泥黃土試件28d在各種化學(xué)溶液中其表現(xiàn)的現(xiàn)象如圖1所示，可以看到：

（1）在MgSO4溶液侵蝕的最嚴(yán)重，試件表面發(fā)生了軟化、泛白、松散、凸凹不平、棱邊及角處大面積脫落嚴(yán)重；

（2）在CaSO4溶液中侵蝕程度中等，試件表面發(fā)生軟化、角處脫落較嚴(yán)重，掉角面積大；

（3）在Na2SO4溶液中侵蝕程度較輕，試件表面發(fā)生軟化、起皮、角處脫落；

（4）在NaCl、NaOH溶液中侵蝕程度最輕，試件表面只發(fā)生了軟化、個(gè)別試件發(fā)生掉角，掉角面積不大。

水泥黃土試件被不同化學(xué)溶液侵蝕的總現(xiàn)象是試件表面發(fā)生不同程度的軟化、起皮、泛白、角處脫落，有的甚至棱邊及角處脫落嚴(yán)重，試件尺寸減少等。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖2中的a、b、c、d、e這5個(gè)圖中可以看到：

水泥黃土試件被CaSO4、MgSO4 、Na2SO4、NaCl、NaOH這5種化學(xué)溶液侵蝕后，分別表現(xiàn)出了不同程度的破壞，但其總的趨勢是溶液濃度越高，試件被侵蝕的時(shí)間越長，所測得的水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度越低。具體如下：

（1）MgSO4溶液侵蝕的試件，溶液濃度越大，齡期越長，所測得的試件抗壓強(qiáng)度值越低。測得水泥黃土試件在純水中28d抗壓強(qiáng)度值為32. 4MPa，測得MgSO4溶液濃度為22.5 g/L，28d水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度為17.9MPa，與純水相比，被MgSO4溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度值下降了44.75%；

（2）CaSO4、Na2SO4溶液侵蝕的試件，同一齡期下溶液濃度越大，所測得的水泥黃土試件的抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢；在同一濃度下齡期越長，所測得的水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢。分別測得CaSO4、Na2SO4溶液濃度為22.5 g/L，28d水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度分別為26.5MPa、30.1 MPa，與純水相比，被CaSO4、Na2SO4溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度值分別下降了18.21%，7.09%；

（3）NaCl、NaOH溶液侵蝕的試件，同一齡期下溶液濃度越大，所測得的水泥黃土試件的抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢；在同一濃度下齡期越長，所測得的水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢。分別測得NaCl、NaOH溶液濃度為22.5 g/L，28d水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度分別為30.7MPa、31.2MPa，與純水相比，被NaCl、NaOH溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強(qiáng)度值分別下降了5.25%，3.70%；

3、結(jié)語

（1）水泥黃土在CaSO4溶液、MgSO4溶液、NaOH溶液 、NaCl溶液中同期強(qiáng)度均小于在清水養(yǎng)護(hù)中的強(qiáng)度，這說明其中的硫酸根、氫氧根、鈉離子及氯離子對水泥黃土的強(qiáng)度有削減作用，整體為其濃度越大，削減作用越強(qiáng)。齡期越長，削減作用越明顯，其中NaOH、NaCl對水泥黃土強(qiáng)度的削減作用最輕，CaSO4 MgSO4對水泥的削減作用最大；微量的Na2SO4對水泥黃土的強(qiáng)度有正面作用；水泥黃土的強(qiáng)度整體隨齡期的增加而增加，但是隨著時(shí)間的增長，這些化學(xué)溶液對水泥黃土的侵蝕作用明顯增強(qiáng)，呈現(xiàn)出一種現(xiàn)增加后削減的現(xiàn)象。

（2）CaSO4、MgSO4 、Na2SO4、NaCl、NaOH這5種化學(xué)溶液侵蝕的水泥黃土試件，溶液濃度均為22.5 g/L，28d抗壓強(qiáng)度值大小關(guān)系為：MgSO4溶液侵蝕試件的抗壓強(qiáng)度值 >CaSO4溶液侵蝕試件的抗壓強(qiáng)度值> Na2SO4溶液侵蝕試件的抗壓強(qiáng)度值>NaCl溶液侵蝕試件的抗壓強(qiáng)度值>NaOH溶液侵蝕試件的抗壓強(qiáng)度值。

參考文獻(xiàn)：

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[6] 劉泉聲，柳志平，程勇，賈瑞華.水泥土在侵蝕環(huán)境中的試驗(yàn)研究和等效分析[J].巖土力學(xué)，2013，34（7）：1854-1860.

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