水泥混合土滲透特性試驗研究

趙文文，王盛年

（1.南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，南京210000；2.南京工業(yè)大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，南京211816）

1 引言

水泥土是指將原狀土進(jìn)行切削破碎并注入固化劑（一般為水泥），經(jīng)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用后形成的具有一定整體性、水穩(wěn)定性和強度的改良土體，在工程實踐中有著廣泛的應(yīng)用[1,2]。然而，由于細(xì)粒土土?；钚暂^高，其對水泥的水化水解會產(chǎn)生不可忽視的影響，細(xì)粒土中水泥水化因此將與傳統(tǒng)意義上的水泥混凝土與水泥砂漿中水泥水化水解存在差異[3～5]。原位鉆孔取芯試驗與室內(nèi)試驗是水泥土工程抗?jié)B性能分析的主要手段[6]。其中，原位鉆孔取芯試驗由于技術(shù)與成本的限制，且施工現(xiàn)場復(fù)雜的場地條件對水泥土試驗的影響顯著，試驗結(jié)果離散性較大[7]；室內(nèi)試驗則因較易開展且受外界環(huán)境的影響較小，因此，在水泥土研究中被廣泛采用[8]。本文將針對細(xì)砂、粉質(zhì)黏土和黏土進(jìn)行不同組合配比條件下的混合土質(zhì)水泥固化土進(jìn)行滲透性能測試，以揭示其受土質(zhì)影響的規(guī)律。

2 試驗材料與試驗方案

2.1 試驗材料

選取長江右岸Ⅰ級階地典型細(xì)砂、粉質(zhì)黏土和黏土為代表性土質(zhì)，開展土質(zhì)因素對水泥土抗?jié)B性能影響的試驗研究。由于所需土樣較多，試驗時間跨度較大，不具備所有土樣均采取原狀土樣的條件，因此，采用2種土樣采集方式開展試驗：一種是取原狀土開展土工試驗，獲取原狀土樣滲透系數(shù)，如表1所示；另一種為擾動土樣，用于開展水泥土滲透特性試驗研究。

表1土樣滲透系數(shù)

2.2 試驗裝置

滲透試驗采用依據(jù)JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設(shè)計規(guī)程》試驗要求設(shè)計的、專門用于水泥土滲透系數(shù)測定的TJSS-25型滲透試驗裝置，如圖1所示。該裝置可自動加壓，恒壓保持，并可進(jìn)行較高水頭壓力下的弱透水或不透水水泥土的滲透系數(shù)測試。

圖1水泥土滲透試驗裝置

2.3 試驗方案

試驗選取細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、黏土按照不同組合與配比進(jìn)行相互混合，以模擬水泥土施工過程中形成的混合土質(zhì)土體?；旌贤临|(zhì)組合與配比情況如表2所示。

表2混合土配比情況

2.4 試樣制備

滲透試驗試樣制備過程如下：

1）土樣處理。按照J(rèn)GJ/T 233—2011《水泥土配合比設(shè)計規(guī)程》將現(xiàn)場取回的土樣進(jìn)行破碎、烘干、粉碎以及過2mm篩，獲得試驗中所需土樣，如圖2所示。

2）試樣制備。試驗固化劑選用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取1.2。根據(jù)水泥土配合比稱取相應(yīng)土樣及水泥質(zhì)量，充分混合后加水?dāng)嚢杈鶆?，然后再將土樣分多次裝入截頭圓錐形試模（頂徑7cm，底徑8cm，高3cm），每次裝料高度大致相等，裝料后按螺旋方向從邊緣向中心插搗15次、再用刮刀刮毛試樣表面。試樣制備控制在25min內(nèi)成型。每種規(guī)格試樣制備3個平行樣。

3）試樣養(yǎng)護(hù)。試樣在室溫20℃±5℃、相對濕度不低于50%的環(huán)境中靜置24h后拆模，拆模后將試模外側(cè)和兩端多余的材料削去，確保試件不破損、變形，質(zhì)量極差不超過平均值20%，試塊在脫模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（相對濕度大于95%，溫度范圍20℃±3℃）養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，如圖3所示。

圖2土樣處理

圖3試樣拆模與養(yǎng)護(hù)

3 試驗結(jié)果分析

3.1 試驗流程

滲透試驗過程中側(cè)壁止水問題是決定試驗成敗的關(guān)鍵。滲透試驗開始前，經(jīng)對前人經(jīng)驗參考以及反復(fù)嘗試后，最終選取石蠟作為側(cè)壁止水材料。具體做法是將石蠟加熱融化，在滲透試樣的側(cè)壁涂抹一層液態(tài)石蠟，并立即壓入滲透儀試模，靜置至石蠟?zāi)Y(jié)，封閉試樣與試模之間的縫隙達(dá)到側(cè)壁止水的目的。為進(jìn)一步增加儀器的密閉性，在試模與儀器的連接螺紋處纏繞一圈止水生料帶，將試模旋入儀器基座開始試驗，如圖4所示。

水泥土滲透系數(shù)測定具體流程如下：

圖4滲透試驗止水措施

1）待完成養(yǎng)護(hù)的試件飽和后，在試樣側(cè)面涂上液態(tài)石蠟并壓入滲透試模，下口放置透水石，在試模外側(cè)纏上生料帶裝入滲透儀，并在試件上端面放置濾紙。2）調(diào)節(jié)壓力表，按每級0.02MPa逐級施加壓力至0.1MPa，直至水泥土試件表面有水滲出為止，然后以每級加壓幅度0.1MPa開始滲透測試。每級恒壓滲透時間設(shè)置為1h。

3）恒定滲壓下待滴定管內(nèi)液面逐漸穩(wěn)定后，開始讀數(shù)記錄，并測記水溫。讀數(shù)時間間隔依照滲水量大小選定。對于滲水量較大的試件，每隔3～5min讀數(shù)一次；對于滲水量較小的試件，每隔30～60min讀數(shù)一次。當(dāng)由滲水量計算的滲透系數(shù)差值不大于2×10-n（n為滲透系數(shù)數(shù)量級）時，停止試驗。

3.2 試驗結(jié)果

試驗測得不同混合土質(zhì)水泥土的滲透系數(shù)試驗結(jié)果如表3所示。由表可知，混合土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)大致分布于細(xì)砂質(zhì)水泥土與粉質(zhì)黏土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)值之間，但隨著混合土質(zhì)中粉質(zhì)黏土含量的提高，滲透系數(shù)有所下降。25%細(xì)砂+75%粉質(zhì)黏土的水泥土滲透系數(shù)較細(xì)砂質(zhì)水泥土下降了26%，但卻比粉質(zhì)黏土質(zhì)水泥土提高了91%，可知混合土質(zhì)中滲透性較大的土質(zhì)對水泥土滲透性起到控制性作用，但卻因細(xì)砂的摻入滲透系數(shù)有一定程度的下降。事實上，水泥固化改良土體抗?jié)B性主要是通過水泥水化物改善土體孔隙結(jié)構(gòu)，從而降低土體滲透性，然而，一定的水泥摻入僅能改善土體的部分空隙結(jié)構(gòu)，對于砂性土這類空隙較高的土體，水泥水化產(chǎn)物就更不能保證其能完全充填其孔隙結(jié)構(gòu)，因此，從這一角度來講，施工中將砂性土攪拌進(jìn)滲透性較低的粉質(zhì)黏土與黏土是不利于水泥土抗?jié)B性能的提升的。

表3混合土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)

4 結(jié)論

本文針對不同混合土質(zhì)條件下的水泥固化土進(jìn)行滲透性能測試，結(jié)果表明：混合土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)變化則受滲透性較強的土質(zhì)的影響更為明顯，與單一土質(zhì)水泥土滲透系數(shù)較大者更加接近，同時由于細(xì)顆粒的加入部分改善了孔隙結(jié)構(gòu)使得滲透系數(shù)略有下降。