軟化時間對水泥土強(qiáng)度特性影響試驗(yàn)研究

劉文曦，吳興杰，趙峰，周豪，解子健

（滁州學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，安徽 滁州 239000）

1 引言

水泥土是通過把水泥和土壤混合均勻，并且加入一定量的水制造的材料[1]。由于水泥土的生產(chǎn)材料來源十分廣泛且生產(chǎn)成本較低，因此在道路墊層、基坑支護(hù)、堤壩護(hù)坡等工程上經(jīng)常使用水泥土作為建造材料[2,3]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對水泥土力學(xué)特性、滲透特性以及化學(xué)腐蝕等方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究；郝巨濤[4]、Consoli等[5]試驗(yàn)測試了水泥土的力學(xué)特性；陳四利等[6，7]、鄔尚贇[8]、梅君[9]等研究了水泥土在凍融、干濕循環(huán)和海淡環(huán)境下的力學(xué)性能。

水泥土的工程應(yīng)用特點(diǎn),使其經(jīng)常處于含水量較高，甚至是長時間被水浸沒的環(huán)境中。在此環(huán)境中的水泥土，力學(xué)特性可能會受到水的軟化影響。本文通過室內(nèi)模擬研究了水軟化影響下水泥土的力學(xué)特性,在不同軟化時間條件下,對水泥土進(jìn)行單軸抗壓、抗折試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 水泥土的試驗(yàn)土特性

制作水泥土的試驗(yàn)土取自滁州市瑯琊山地區(qū)，為粉質(zhì)黏土，取土深度約30cm。其主要物理性質(zhì)指標(biāo)如下表所示。

2.2 水泥土試塊制備方法

將得到試驗(yàn)所需的土樣風(fēng)干粉碎，除去石塊，草根等雜質(zhì)，然后用2mm孔徑篩子過篩，得到粉末狀的干燥土體；水泥為標(biāo)號32.5R的普通硅酸鹽水泥，水泥質(zhì)量占水泥土總質(zhì)量的10%，按照土體天然含水量加水；用水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌均勻，然后將拌合物加入尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的長方體模具中振動壓實(shí)，24h后脫模，即得到試驗(yàn)所需的水泥土試樣，置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)7d。

2.3 試驗(yàn)方法

本項(xiàng)目共制備水泥土試塊36個，將這些試塊浸泡在清水中，按照不同的水泥土試塊軟化時間4個試塊為一組進(jìn)行浸泡，水泥土試塊浸泡時間分別為0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、12h、24h。

待水泥土試塊達(dá)到預(yù)定的浸泡時間，參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5150-2017），利用 DYE-300型全自動抗折抗壓一體試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行水泥土試塊的單軸抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)結(jié)果，得到試塊的強(qiáng)度-軟化時間曲線。

3 試驗(yàn)結(jié)果及其分析

受環(huán)境條件影響，水泥土試樣在不同軟化時間下的單軸抗壓、抗折強(qiáng)度值各不相同，水泥土的單軸抗壓、抗折強(qiáng)度與軟化時間密切相關(guān)。

3.1 抗折強(qiáng)度隨軟化時間變化規(guī)律

不同軟化時間條件下，水泥土抗折強(qiáng)度-軟化時間曲線如圖1所示，整條曲線呈現(xiàn)逐漸下降且趨于平緩的趨勢。由圖1可知水泥土抗折強(qiáng)度隨軟化時間增加而逐步降低，且變化幅度逐漸減小。軟化時間為0h時，抗折強(qiáng)度為2.59MPa，軟化時間為24h時，抗折強(qiáng)度為0.51MPa，共減小了2.08MPa。其中從0h到0.5h，抗折強(qiáng)度降低了1.54MPa，降幅占整個試驗(yàn)的74.04%；從0.5h到5h，抗折強(qiáng)度降低了0.39MPa，降幅占整個試驗(yàn)的18.75%；從5h到24h，抗折強(qiáng)度降低了0.15MPa，降幅占整個實(shí)驗(yàn)的7.21%。

圖1 水泥土抗折強(qiáng)度隨軟化時間變化曲線

圖2 水泥土抗壓強(qiáng)度隨軟化時間的變化曲線

試驗(yàn)用土主要物理性質(zhì)指標(biāo)

3.2 抗壓強(qiáng)度隨軟化時間變化規(guī)律

不同軟化時間條件下，水泥土抗壓強(qiáng)度-軟化時間曲線如圖2所示，整條曲線呈現(xiàn)逐漸下降且趨于平緩的趨勢。值得注意的是，水泥土在不同軟化時間下的單軸抗壓、抗折曲線表現(xiàn)出相似的趨勢。由圖2可知水泥土抗壓強(qiáng)度隨軟化時間增加而逐步降低，且變化幅度逐漸減小。軟化時間為0h時，抗壓強(qiáng)度為7.16MPa，軟化時間為24h時，抗壓強(qiáng)度為1.99MPa，共減小了5.17MPa。其中從0h到0.5h，抗壓強(qiáng)度降低了3.27MPa，降幅占整個試驗(yàn)的63.25%；從0.5h到5h，抗壓強(qiáng)度降低了1.47MPa，降幅占整個試驗(yàn)的28.43%；從5h到24h，抗壓強(qiáng)度降低了0.43MPa，降幅占整個實(shí)驗(yàn)的8.32%。

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在水環(huán)境下，其水泥土的抗壓、抗折強(qiáng)度隨浸水時間的增加均逐步減小，說明水對于水泥土具有明顯的軟化效應(yīng)。但隨著軟化時間的延長，水泥土的單軸抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的變化幅度均逐漸減小，說明隨著時間的延長水的軟化效應(yīng)在逐漸減弱。分析認(rèn)為導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是：隨著浸水時間的延長，水泥土中的水泥不斷進(jìn)行水化，使得水泥土的內(nèi)部越來越密實(shí)，從而減弱了水的軟化效應(yīng)，試樣的強(qiáng)度下降幅度小；而對于浸水時間較短的試樣，水泥土中水泥的軟化時間較短，試驗(yàn)內(nèi)部相對稀疏，水的軟化效應(yīng)比較明顯，試樣強(qiáng)度的下降幅度較大。

4 結(jié)論

①水泥土試驗(yàn)抗壓、抗折強(qiáng)度隨著浸水時間的延長逐漸減小，說明水對水泥具有明顯的軟化效應(yīng)。

②水泥土抗壓、抗折強(qiáng)度隨軟化時間曲線均呈現(xiàn)逐漸下降且趨于平緩的趨勢。水泥土抗壓、抗折強(qiáng)度變化幅度逐漸減小。

③隨著軟化時間的延長，水泥土中的水泥逐漸水化，使得水泥土中逐漸變得密實(shí)，從而使水對水泥土的軟化效應(yīng)逐漸減弱。