水工建筑殘積土混合料的導(dǎo)水率研究

胡 聰

(安慶市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽 安慶 246003)

過去幾十年來，由于優(yōu)質(zhì)建設(shè)用土越來越短缺，工程技術(shù)人員尋找建設(shè)用土替代品的工作，擺在越來越重要的位置。尋找建筑新材料過程中，相關(guān)科研人員通過開發(fā)新的混合材料如土壤-水泥混合物來實(shí)現(xiàn)[1]。水泥土混合物在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域還常用作固化含有危險(xiǎn)廢物和污泥[2]。類似于大多數(shù)泥漿護(hù)壁技術(shù)，可以用導(dǎo)水率約5×10-7cm/s的水泥土建造防護(hù)外墻。因此，以水泥作為改性材料，將其與殘積土樣品混合，得到不同比例的改性土壤。土壤在自然環(huán)境中的導(dǎo)水率較難測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)室小試規(guī)模，通過測(cè)量土壤柱的流速，可測(cè)定土壤的導(dǎo)水率，由此考察實(shí)際的土壤導(dǎo)水率，并與水泥土改性后的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，以研究殘余水泥中水泥摻入對(duì)導(dǎo)水率的影響。確定水泥變異率對(duì)殘積土滲透系數(shù)。

1 材料與方法

1.1 樣品制備

土壤采自安徽丘陵地區(qū)為，以原樣未受污染為研究對(duì)象。水泥摻混對(duì)剩余水導(dǎo)率影響的研究進(jìn)行土壤處理。與未含水泥的殘積土的水力傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行了比較。在這項(xiàng)研究中使用的范圍為1%, 3%, 5%和10%的水泥。

實(shí)驗(yàn)室小試階段，殘積土的采樣與紙樣過程如下：用鋤頭挖取地表以下0.2m深度的土壤，充分?jǐn)嚢璨⒎稚?。置于烘箱?05℃烘干后備用。實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。依據(jù)粒度分析，阿特伯格極限，比重和水力傳導(dǎo)系數(shù)對(duì)天然殘積土的工程性質(zhì)進(jìn)行分類。添加殘積土質(zhì)量的1%, 3%, 5%和10%的水泥，將這些水泥摻入土壤中制成改性土壤試樣。表1顯示了用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的土壤水泥取樣。水泥為市售普通水泥。以未添加水泥的土壤為對(duì)照組，對(duì)土壤樣品進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。

表1 不同土壤類型的強(qiáng)度和滲透性

在進(jìn)行導(dǎo)水率測(cè)試之前，土壤水泥混合樣品與水泥采用標(biāo)準(zhǔn)普羅克壓實(shí)法對(duì)其含水量進(jìn)行壓實(shí)。此過程歷時(shí)30d，空白樣為24h。為飽和固化留出足夠的時(shí)間。完全水合的土壤水泥混合樣中的水分占自身重量的20%。水泥穩(wěn)定材料在含水份量較高的情況下，水泥固化較易。隨著水分含量的降低，水泥與土壤競(jìng)爭(zhēng)水分，若土壤具有較高的吸水性能，比水泥具有更大的水親和力；導(dǎo)致水泥水合不完全[3]。隨水泥土含水率的降低，土壤含水量水泥的水合率也降低[4]。因此，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓袒に噥砜朔植蛔愕娜秉c(diǎn)。

表2 測(cè)試樣品

1.2 檢測(cè)方法

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行有效建筑材料及標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行一系列的物理試驗(yàn)[5-10]。

2 導(dǎo)水率參數(shù)確定

根據(jù)下降水頭滲透試驗(yàn)，對(duì)原土的滲透系數(shù)為4.16×10-8m/s。由圖1可見，水泥添加量為1%，3%，5%時(shí)，樣品滲透系數(shù)分別為3.89×10-8m/s，2.78×10-8m/s，6.83×10-9m/s。但10%的水泥添加量使樣品滲透系數(shù)增加到2.78×10-8m/s。

圖1 殘積土水泥添加量與導(dǎo)水率關(guān)系

剩余土的顯著特征是粉沙、沙土和粘土以不同比例的混合物。粒度分析表明，殘積土由于包含各種顆粒，因此具有表現(xiàn)出文理多樣性，不同殘積土獲得的結(jié)果存在差異。這可能是由于風(fēng)化過程，受貯藏時(shí)間和條件的影響，殘積土的結(jié)構(gòu)容易破壞[11]。新鮮殘積土一般觀察到最初是軟的，隨著時(shí)間的推移進(jìn)一步硬化。因此，同一樣品在新鮮狀態(tài)下的粒度分布可能與風(fēng)化狀態(tài)的粒度分布不同。Cu>5，表明級(jí)配良好的土壤和CK在0.5～2之間也表現(xiàn)出良好的級(jí)配土壤。本文選用的殘積土樣品是一個(gè)基于塑性指數(shù)的低塑性土，它是一種粉質(zhì)土，細(xì)砂具有輕微可塑性。比重為2.63。大多數(shù)無機(jī)土的固體物質(zhì)的比重在2.60和2.80之間變化。壓實(shí)產(chǎn)生的土壤干密度主要取決于土壤的含水量和壓實(shí)量。每種土壤都有其獨(dú)特的最佳含水量，主要取決于其所含的塑料細(xì)粒的數(shù)量和類型。然而，作為最佳的水分含量取決于壓實(shí)的程度。對(duì)照樣的水力傳導(dǎo)系數(shù)為4.16×10-8m/s，土壤質(zhì)地非常微小的孔隙導(dǎo)致導(dǎo)水率較小，如圖1所示。對(duì)水泥土的滲透系數(shù)受由水泥添加量影響顯著。滲透系數(shù)從3.89×10-8m/s開始逐漸降低至2.78×10-8m/s，6.83×10-9m/s。在水泥水化過程中，水泥水化形成后pH值的增加和Ca(OH)2的濃度可以打破粘土顆粒和游離硅和鋁聯(lián)合鈣形成水合物[12]。因此，這將導(dǎo)致殘積土孔徑的大小和分布的改變。當(dāng)水泥用量增加，孔隙尺寸減小。1%, 3%和5%的水泥添加量，孔隙逐漸縮小。此外，在殘積土固化過程中，孔隙的大小可以最小化，水力傳導(dǎo)系數(shù)將減小，水泥土有較高的強(qiáng)度和剛度。但是，圖1還表明，10%水泥添加量使水泥的孔徑增加導(dǎo)水率增加到2.78×10-8m/s。這是因?yàn)楫?dāng)水泥含量超過9%時(shí)，由于絮凝和團(tuán)聚反應(yīng)，水泥的孔徑增加。所以土壤的導(dǎo)水率增加。

3 結(jié)束語

通過添加穩(wěn)定劑可以改變土壤的導(dǎo)水率等性質(zhì)，是尋找提高土壤強(qiáng)度和抗軟化的主要方法。在這種情況下，水泥被用作粘結(jié)劑。它通過將顆粒粘合在一起來穩(wěn)定土壤，從而減少水對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。這種穩(wěn)定劑的有效性取決于穩(wěn)定基質(zhì)的強(qiáng)度；在土壤和基質(zhì)之間形成的粘合劑上，以及粘結(jié)在一起的單個(gè)顆粒或團(tuán)聚物上。與1%, 3%和10%的水泥添加量相比，水泥改性殘積土的最佳摻量為5%。