水泥土无侧限抗压强度和电阻率的试验研究*

赵文晶 董晓强

水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌,固化剂和软土便产生了一系列物理和化学作用,能使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法[1]。这种方法施工简单、成本较低、效果较好,近十几年来在地基处理领域发展迅速,得到了广泛研究和应用[2-4]。本文通过室内试验对两种类型的水泥土无侧限抗压强度及电阻率的变化规律进行了探讨,最后对水泥土强度和电阻率变化机理进行了浅析。

1 试验材料及试验方法

试验选用粉土,取自太原市某工地,将土样风干粉碎后过2.0 mm筛,采用太原狮头水泥集团生产的水泥。试验基本方案见表1。根据配比将粉干土、水泥、水放在搅拌机内充分搅拌,然后装入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm试模,手工压注成型,振动密实,静置24 h后脱模编号,送到标准养护箱中养护7 d,14 d,28 d,60 d,90 d。

表1 水泥土试验的基本方案

2 试验结果与分析

水泥土在7 d,14 d,28 d,60 d,90 d不同龄期下无侧限抗压强度和电阻率试验结果见表2,相互关系见图1～图3。

表2 水泥土的试验结果

2.1 抗压强度与龄期的关系

由图1可知:1)无论普通硅酸盐水泥土试块还是矿渣硅酸盐水泥土试块,其无侧限抗压强度qu均随着龄期对数的增加而成线性函数增大,且相关性较好;2)矿渣硅酸盐水泥土试块的无侧限抗压强度均高于普通硅酸盐水泥土试块,且矿渣硅酸盐水泥土试块的直线斜率均大于普通硅酸盐水泥土试块,这说明矿渣硅酸盐水泥可以提高水泥土强度和硬化速率。回归方程见式(1),式(2)。

普通硅酸盐水泥:

矿渣硅酸盐水泥:

2.2 电阻率与龄期的关系

由图2可知:1)无论普通硅酸盐水泥土试块还是矿渣硅酸盐水泥土试块,其水泥土电阻率ρs均随着龄期对数的增加而成线性函数增大,且相关性较好;2)矿渣硅酸盐水泥土试块的电阻率ρs均高于普通硅酸盐水泥土试块,且矿渣硅酸盐水泥土试块的直线斜率均大于普通硅酸盐水泥土试块,这说明矿渣硅酸盐水泥可以提高水泥土电阻率增长速率;3)水泥土电阻率同无侧限抗压强度表现出相似的变化规律,这为建立水泥土电阻率与无侧限抗压强度的关系提供了可能。回归方程见式(3),式(4)。

普通硅酸盐水泥:

矿渣硅酸盐水泥:

2.3 抗压强度与水泥土电阻率的关系

由图3可知:水泥土试块无侧限抗压强度随着其电阻率的增加成线性增长关系,具有较好的相关性,这说明可以通过水泥土的电阻率来反映无侧限抗压强度,为水泥土质量检测提供了一种方便无损的方法。回归方程见式(5)。

抗压强度与水泥土电阻率的关系:

2.4 两种水泥土的抗压强度对比

以上试验中的水泥土试块采用了普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥两种不同类型的水泥来搅拌,从试验数据和分析可以看出,水泥类型与水泥土的无侧限抗压强度的大小有关。可见矿渣硅酸盐水泥可以提高水泥土的无侧限抗压强度,龄期越长越明显。

3 化学机理分析

水泥土无侧限抗压强度随龄期发生变化,主要原因在于其发生了以下的化学反应[3]:

不论何种类型的水泥土电阻率均随着龄期的增加而增加,这是由于随着龄期的增加,水泥的水化水解反应进一步进行,使水泥土含水量降低,水泥硅酸钙管状纤维不断生长并充斥于孔隙中,孔隙比降低,密实度提高,所以水泥土电阻率增大。水泥土的无侧限抗压强度随着其电阻率的增加而增大,这是由于水泥土强度越高,土颗粒之间的连接就越紧密,孔隙比就越小,孔隙的连通性变差,降低了孔隙的整体导电性,使水泥土的电阻率升高。

4 结语

1)无论普通硅酸盐水泥土试块还是矿渣硅酸盐水泥土试块,其无侧限抗压强度和电阻率均随着龄期对数的增加而成线性函数增大,且相关性较好;2)水泥土试块无侧限抗压强度随着其电阻率的增加成线性增长,具有较好的相关性;3)各个龄期下矿渣硅酸盐水泥土的无侧限抗压强度和电阻率均高于普通硅酸盐水泥土,龄期越长越明显;4)龄期变化导致化学反应发生变化,最终影响水泥土无侧限抗压强度和电阻率。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2] 曾芳金,沈羽中,王 军.水泥土工作机理试验研究[J].河南科学,2004,22(4):528-530.

[3] 刘松玉,钱国超,章定文.粉喷桩复合地基理论与工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[4] 董晓强,白晓红,赵永强,等.硫酸侵蚀下水泥土的电阻率特性研究[J].岩土力学,2007,28(7):1453-1459.

[5] 韩鹏举.无机化合物对粉土及水泥土腐蚀作用的试验研究及耐久性评估[D].太原:太原理工大学,2008.