不同摻砂量及養(yǎng)護(hù)條件下水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析

曹海文

（五邑大學(xué) 土木建筑學(xué)院，廣東 江門 529020）

水泥土是由土、水泥和水混合而成的一種具有一定強(qiáng)度的混合物[1].水泥土攪拌樁不僅具有施工簡單、效率高、成本低、工期短，而且在施工過程中具有無振動、無噪音、無泥漿和水污染，同時不會造成局部土體隆起等優(yōu)點(diǎn)，因此水泥土在實(shí)際工程中得到大量應(yīng)用，使得其研究得到迅速發(fā)展[2].赫文秀等[3]研究表明，在水泥土中摻入一定量的砂，可以明顯地提高水泥土的抗壓強(qiáng)度；曲濤[4]等通過在水泥土里面摻入一定比例的砂進(jìn)去，研究表明，可以改善水泥土的物理性能，使不同齡期下的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均獲得一定程度的提高；王樹娟[5]等在水泥摻入比一定的條件下，用一定量的砂置換等量的土，發(fā)現(xiàn)摻砂對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有明顯的提高.砂是一種價格低廉的摻入材料，在水泥土中摻入一定比例的砂對水泥土強(qiáng)度是有明顯提高.因此，本試驗(yàn)以五邑大學(xué)現(xiàn)代工程綜合實(shí)訓(xùn)中心工程為研究對象，在該工程水泥土中摻入一定比例的砂，研究不同摻砂量、齡期在不同條件養(yǎng)護(hù)下對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，本文以現(xiàn)場三軸水泥土攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟮乃嗤翞樵牧?，拋棄傳統(tǒng)中到現(xiàn)場取土樣自行攪拌配置水泥土的繁雜模式，同時，為更加全面地反應(yīng)出實(shí)際工程水泥土攪拌樁在土體中從上而下的抗壓強(qiáng)度，本文設(shè)計了5種不同的養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行模擬，從而為同類工程項(xiàng)目摻砂水泥土設(shè)計提供一定的指導(dǎo).

1 工程概況

1.1 地質(zhì)及氣候概況

擬建場地位于廣東省江門市五邑大學(xué)校內(nèi)，其屬于珠江三角沖積平原地貌地帶，原為校園平地，已人工推填平，地勢平緩，地面起伏小，場地地形開闊，無基巖出露.

本區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)區(qū).全年降水豐沛，雨季明顯，日照充足.夏季炎熱，冬季一般比較溫暖.

1.2 水文地質(zhì)概況

在勘探孔勘探揭示的深度范圍內(nèi)，該場地地基土主要由人工填土、全新統(tǒng)湖相淤泥、一般粘性土及沖洪積相粗礫砂構(gòu)成，最底層的寒武系沉積片巖主要包括全風(fēng)化片巖和強(qiáng)風(fēng)化片巖.在勘察期間，各鉆孔均遇見地下水.根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，該場地地下水穩(wěn)定水位變化幅度可按1.00 m～1.50 m考慮，主要受大氣降水的影響.因此，本文結(jié)合場地地質(zhì)條件，并按照國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，判定沿線地表水及地下水和土對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性等級為微，對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性等級為微.

2 水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

水泥土土樣取自五邑大學(xué)現(xiàn)代工程綜合訓(xùn)練中心工程工地，取回的水泥土是經(jīng)現(xiàn)場三軸水泥土攪拌樁機(jī)攪拌好的水泥土，水灰比為1.5:1.

砂是產(chǎn)自江門市的天然河砂，含水率為12%，密度為1435 kg/m，試驗(yàn)采用江門市新會區(qū)生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥P.O42.5，試驗(yàn)用水為自來水.

2.2 試驗(yàn)方案和養(yǎng)護(hù)條件

選取摻砂量分別為0%、5%、10%、15%、20%，試塊選用河北安建試驗(yàn)儀器廠制作的70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 水泥砂漿抗壓三聯(lián)優(yōu)質(zhì)綠色工程塑料試模，每種配比制作6塊試樣，共5組平行試驗(yàn)，在試塊在空氣中、常溫塑料包裹中、標(biāo)準(zhǔn)狀況養(yǎng)護(hù)箱中、模擬土壤中、水中，共設(shè)計5種不同養(yǎng)護(hù)條件下模擬，齡期設(shè)計了3個齡期，分別為7 d、14 d和28 d，總試塊共有450塊.

圖1 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)

不同養(yǎng)護(hù)條件模擬情況：樁頂暴露在空氣中的部分，在空氣中養(yǎng)護(hù)模擬；樁頂往下0.3 m左右，水分蒸發(fā)不大，用常溫塑料包裹養(yǎng)護(hù)模擬；樁頂往下0.6 m左右，濕度加大，用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)模擬；樁頂往下1 m左右，臨近有地下水的位置，在離現(xiàn)場50 m處挖掘一個長1 m，寬0.8 m，深1 m的坑，把試塊放進(jìn)并回填原土進(jìn)行模擬；再往下就是地下水位以下的，試塊直接在水中養(yǎng)護(hù)模擬.

2.3 試驗(yàn)設(shè)備及操作過程

試驗(yàn)使用深圳市新三思材料檢測有限公司的微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)（CMT5105)，如圖1所示.試驗(yàn)過程如圖2所示.

圖2 試驗(yàn)操作過程

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)過程中，以速度為0.02 mm/min進(jìn)行變形，試驗(yàn)結(jié)果如表2～6、圖3～15所示.

表2 在空氣中養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

表3 在常溫塑料包裹養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

表4 在標(biāo)況養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

表5 在土壤養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

表6 在水中養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

圖3 在空氣中養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

圖4 在常溫塑料包裹養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

圖5 在標(biāo)況養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

圖6 在土壤養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

圖7 在水中養(yǎng)護(hù)條件下不同齡期水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

圖8 在空氣中養(yǎng)護(hù)條件下不同摻砂量水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期曲線圖

圖9 在常溫塑料包裹養(yǎng)護(hù)條件下不同摻砂量水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期曲線圖

圖10 在標(biāo)況養(yǎng)護(hù)條件下不同摻砂量水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期曲線圖

圖11 在土壤養(yǎng)護(hù)條件下不同摻砂量水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期曲線圖

圖12 在水中養(yǎng)護(hù)條件下不同摻砂量水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期曲線圖

圖13 同7 d齡期的不同養(yǎng)護(hù)條件下的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

圖14 同14 d齡期的不同養(yǎng)護(hù)條件下的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 摻砂量對水泥土抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)水灰比均為1.5:1時，摻砂量與不同齡期水泥土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系如表2～6所示，圖3～7所示.

根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析得到不同摻砂量水泥土強(qiáng)度提高數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示.

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，隨著摻砂量的增加，各水泥土立方塊試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度先提高后降低，最優(yōu)摻砂量為15%.當(dāng)摻砂量從0%增大到15%時，試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也隨之增大而提高，當(dāng)摻砂量從15%增加到20%時，則試塊無側(cè)限強(qiáng)度變化不大甚至減少；但是整體上來說，相對于摻砂量為0%時，各試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是有所提高的.

圖15 同28 d齡期的不同養(yǎng)護(hù)條件下的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂量曲線圖

最優(yōu)摻砂量為15%時，水泥土試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是顯著提高的.這是因?yàn)樵趽缴八嗤林?，砂顆粒起到了相當(dāng)于混凝土中骨料的作用，當(dāng)水泥發(fā)生水化反應(yīng)產(chǎn)生的膠結(jié)作用時，將產(chǎn)生以砂顆粒為中心，砂顆粒及土將和水泥水化產(chǎn)物形成的最優(yōu)級配無數(shù)聯(lián)接結(jié)構(gòu)，硬化后將具有較高的強(qiáng)度[6].

3.2 齡期對水泥土抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)水灰比均為1.5時，齡期與不同摻砂量水泥土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖8～12所示.

根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析得到不同齡期水泥土強(qiáng)度提高數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示.

表8 不同摻砂量下的不同齡期水泥土強(qiáng)度提高數(shù)據(jù)匯總

由此可知，當(dāng)其他條件相同時，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期增長而增大.

3.3 養(yǎng)護(hù)條件對水泥土抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)水灰比均為1.5:1時，同一齡期不同養(yǎng)護(hù)條件下水泥土的抗壓強(qiáng)度與摻砂量關(guān)系如圖13～15可以看出，當(dāng)其他條件相同時，不同的養(yǎng)護(hù)條件下對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是不同的，其養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度逐漸遞減：空氣中、常溫包裹中、標(biāo)準(zhǔn)狀況中、土壤中、水中.

4 結(jié)論

本文通過對江門五邑大學(xué)現(xiàn)代工程綜合訓(xùn)練中心項(xiàng)目水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

1）影響水泥土攪拌墻抗壓強(qiáng)度的因素包括摻砂量、齡期和養(yǎng)護(hù)條件等.

2）當(dāng)摻砂量從0%～15%時，水泥土的抗壓強(qiáng)度隨著摻砂量的增加而增大，當(dāng)摻砂量在15%～20%時，強(qiáng)度到了一定的極限值后，強(qiáng)度變化不大，甚至減少.

3）當(dāng)其他條件相同時，不同的養(yǎng)護(hù)條件下對水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是不同的，其養(yǎng)護(hù)條件下強(qiáng)度順序：空氣中＞常溫包裹中＞標(biāo)準(zhǔn)狀況中＞土壤中＞水中.

本文結(jié)果對江門地區(qū)以及類似土層類別的地區(qū)實(shí)際項(xiàng)目具有一定的指導(dǎo)意義，今后希望對水泥土的抗折強(qiáng)度和抗?jié)B性能等進(jìn)行進(jìn)一步的研究.