夯实水泥土抗压强度室内试验研究

2010-08-14何耀辉孙从炎陈式华

浙江水利科技 2010年6期

何耀辉,孙从炎,陈式华

(浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020)

1 问题的提出

夯实水泥土为选用相对单一的土质材料,与水泥按一定配比,在混合料最优含水率附近,孔外充分拌和均匀制成水泥土,分层向孔内回填并强力夯实到一定密度制成。夯实水泥土不仅具有土的一些特性,同时也具有混凝土的某些性质[1]。水泥在吸取土中的水分后产生凝结、硬化,形成水泥石骨架并包裹土颗粒,在土体中形成大量的纤维状结晶,并不断延伸充填到土体孔隙中,形成网状结构,增加了土体的强度[2],同时也能起到提高土体抗渗性能的作用。夯实水泥土为中国建筑科学研究院在20年纪90年代提出,主要应用于北京、河北等地的旧城区危改小区工程中[3-4],起到形成复合地基,提高地基土强度的目的。近年来,在浙江省一些水库除险加固工程使用套井时,套井底部往往有一定的渗水,设计单位考虑采用夯实水泥土既能让水泥水化吸收一部分水分,又能衔接套井上部黏性土与坝基基岩以过渡力学性能,并能提高接触段的抗渗性能。因此,有必要对夯实水泥土的力学和抗渗性能作些试验研究,本文仅研究不同水泥掺入比、压实度、龄期对夯实水泥土抗压强度的影响。

2 试验概述

试验土料取自义乌市姑塘水库、幸福水库黏性土料场。试样制备参照标准[5],将现场取得的土料风干、碾碎、过2 mm筛,形成制备试样用的土料。测定风干含水率,换算成干土质量,按一定的掺入比aw(aw为水泥与干土的质量之比)称风干土和水泥量,按混合料最优含水率加入水拌和均匀。根据不同压实度λc在标准击样筒上分层击实成型,试样尺寸为φ 39.1mm×80 mm的圆柱体。试样制备成型1 d后脱模用塑料袋密封,放入标准养护室保湿养护。待试样养护达到规定龄期时,在标准压力机上进行无侧限抗压强度试验 (试样两端没抹润滑油),轴向位移速率为0.4 mm/min。试验水泥为浙江产325号普通硅酸盐水泥。试验土料指标见表1(液限为76 g锥下沉深度17 mm时对应的含水率,渗透系数为压实度λ c=96%);不同掺入比水泥土的最大干密度、最优含水率见表2。

表1 试验土料物理性质指标表

表2 夯实水泥土击实试验指标表

3 夯实水泥土无侧限抗压强度特性

夯实水泥土强度一般主要由夯实水泥土自身物理结构强度与水泥硬化硬凝胶结强度组成,素土本身的结构强度在其中只占一小部分[6]。无侧限抗压强度试验成果见表3、4。

表3 姑塘水库水泥土无侧限抗压强度试验成果表 MPa

表4 幸福水库水泥土 (λ c=96%)无侧限抗压强度试验成果表 MPa

3.1 无侧限抗压强度随水泥掺入比变化规律

图1～3为夯实水泥土在龄期28,60,90 d时,不同压实度情况下无侧限抗压强度与水泥掺入比的关系曲线图。从图中可以看出:龄期、压实度相同时,无侧限抗压强度随水泥掺入比的增加而增大;当压实度为85%时,28,60,90 d龄期的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增加基本成直线关系增长,压实度越大,无侧限抗压强度与水泥掺入比的直线关系越差。

3.2 无侧限抗压强度随压实度变化规律

图4～6为夯实水泥土在龄期28,60,90 d时,不同水泥掺入比情况下无侧限抗压强度与压实度的关系曲线图。从图中可以看出,龄期、水泥掺入比相同时,无侧限抗压强度随压实度的增大而增大;当压实度在93%以下,水泥掺入比为0、0.20、0.25时无侧限抗压强度随压实度的增大基本成直线关系增长;随着水泥掺入比的减小,无侧限抗压强度要想有显著的提高,则必须增加压实度,水泥掺入比为0.50时,压实度最好控制在93%以上,水泥掺入比为0.25、0.20时,压实度最好控制在96%以上。

图1 龄期28 d时不同压实度无侧限抗压强度与掺入比关系曲线图

图2 龄期60 d时不同压实度无侧限抗压强度与掺入比关系曲线图

图3 龄期90 d时不同压实度无侧限抗压强度与掺入比关系曲线图

图4 龄期28 d时无侧限抗压强度与压实度关系曲线图

图5 龄期60 d时无侧限抗压强度与压实度关系曲线图

图6 龄期90 d时无侧限抗压强度与压实度关系曲线图

3.3 无侧限抗压强度随龄期变化规律

图7为幸福水库水泥土在压实度为96%时,不同水泥掺入比无侧限抗压强度与龄期的关系曲线图。从图中可以看出,压实度、水泥掺入比相同时,无侧限抗压强度随龄期的增长而增大;夯实水泥土强度早期增长较快,后期仍呈增长趋势,但增长速率减缓;90 d时,抗压强度增长趋势仍较明显。已有资料表明,180 d龄期后,夯实水泥土的抗压强度仍会继续增长。凝及与土料发生各种复杂的物理化学反映,夯实水泥土的强度变化情况较水泥砂浆或纯土复杂。