水泥砂浆土的无侧限抗压强度试验研究★

金正超 方光秀 郑洪军

(1.延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

·建筑材料及应用·

水泥砂浆土的无侧限抗压强度试验研究★

金正超1方光秀1*郑洪军

(1.延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

介绍了水泥砂浆土的无侧限抗压强度试验的材料，并对具体的试验方案作了阐述，通过抗压强度试验得出，水泥砂浆土强度与掺砂量、龄期、水泥掺入比有关，在水泥土中掺入适量的砂，形成水泥砂浆土，可有效的提高其抗压强度，尤其是后期强度。

水泥砂浆土，抗压强度，掺砂量，龄期，水泥掺入比

0 引言

近年来，由于水泥土在实际工程中的大量应用，使得其研究得到了迅速发展[1]。但水泥土存在强度低、变形大的缺点。因此，许多学者在水泥土中加入各种添加剂来改良水泥土的力学性能。Kim等[2，3]通过在水泥土中加入各种纤维提高水泥土的承载力。吴斌华等[4]用PLAXIS有限元软件分析了改良水泥土桩的承载力，其变量为掺砂量、含水率、水泥掺入比、龄期、砂粒径等，得出水泥掺入比、龄期对承载力的影响较大。曲涛等[5]通过在水泥土内掺入一定比例的砂料，从而改善水泥土的物理力学性能，随着砂料的掺入，不同龄期下固化土的无侧限抗压强度均获得一定程度提高。王树娟[6]在水泥掺入比一定的条件下，用一定量的砂置换等量的土，发现掺砂对水泥土无侧限抗压强度有明显的提高。

与其他添加剂相比，砂具有价格低廉、来源广泛的优点。本试验采用添加砂的方式，在水泥土中掺入一定比例的砂，研究掺砂量、龄期、水泥掺入比对水泥土无侧限抗压强度的影响。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

粉质粘土取自吉林省延吉市理化村的中国朝鲜族民俗村风情园建设项目工地。取回时为块状原状土，测得其基本物理性质指标如表1所示。

表1 试验用粘土的基本物理性质指标

砂是延吉市天然河砂，含水率为11%，密度为1 890 kg/m3，其颗粒级配如表2所示。试验采用延吉庙岭产普通硅酸盐水泥(P.O42.5)，水采用自来水。

表2 砂的颗粒组成

1.2 试验方案和方法

采用水灰比为1.3。选取水泥掺入比分别为20%，25%，其计算公式为：

(1)

其中，aw为水泥掺入比；mc为水泥掺入质量；m湿土为湿土质量。

选取掺砂量分别为20%，30%，40%，其计算公式为：

(2)

其中，as为掺砂量；ms为砂料质量；m湿土为湿土质量。

试块尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，每种配合比制作12块试样，试件在标准养护箱中分别养护3 d，7 d，30 d，60 d。采用YAW-3003微机控制电液式水泥压力机进行试验，如图1所示。测得抗压强度结果如表3所示。

2 试验结果及分析

2.1 掺砂量对水泥砂浆土抗压强度的影响

当水泥掺入比分别为20%，25%时，掺砂量与不同龄期水泥砂浆土的抗压强度关系，如图2，图3所示。

在图2中可以看出，当水泥掺入比为20%时，随龄期的不同、其最优掺砂量有变化。在3 d和30 d时，最优掺砂量为20%；在7 d和60 d时，最优掺砂量为40%。在3 d时，不同掺砂量的水泥砂浆土抗压强度基本相同。在7 d时，试块S20- 40的抗压强度比S20-20,S20-30分别增加23%和30%；在30 d时，S20-20抗压强度比S20-30,S20- 40分别增加26%和36%；在60 d时，不同掺砂量的水泥砂浆土抗压强度也基本相同。

表3 不同龄期水泥砂浆土的无侧限抗压强度 MPa

在图3中可以看出，当水泥掺入比为25%时，随龄期的不同、最优掺砂量有变化。在3 d和7 d时，最优掺砂量为20%；在30 d时，最优掺砂量为30%；在60 d时，最优掺砂量为40%。在3 d时，不同掺砂量的水泥砂浆土抗压强度基本相同。在7 d时，试块S20-20的抗压强度比S20-30,S20- 40分别增加7%和38%；在30 d时，S20-30抗压强度比S20-20,S20- 40分别增加46%和26%；在60 d时，S20- 40抗压强度比S20-20,S20-30分别增加20%和13%。

通过试验数据分析可知，当水泥掺入比为20%,25%时，不同掺砂量的水泥砂浆土3 d早期强度基本相同，这是因为砂延缓了水泥水化反应的进行。

在最优掺砂量时，将显著提高水泥土的抗压强度。这是因为在水泥砂浆土中，砂颗粒起到了相当于混凝土中骨料的作用，通过水泥水化反应产生的胶结作用，将产生以砂颗粒为中心，土颗粒和水泥水化产物形成的最优级配无数联接结构，具有较高的强度所致[7]。

2.2 龄期对水泥砂浆土抗压强度的影响

当水泥掺入比分别为20%,25%时，龄期与不同掺砂量水泥砂浆土的抗压强度关系，如图4，图5所示。

通过试验数据分析可知，龄期对水泥砂浆土强度的影响较大。当水泥掺入比一定时，随着龄期的增长，不管掺砂量为多少，水泥砂浆土的抗压强度不断增大。这是因为水泥砂浆土形成后，随着龄期的增长，水化物也不断增加，对土和砂颗粒之间的胶结作用不断加强，形成的联接结构更致密，最终使抗压强度变大。因此，随着养护龄期的增加，水泥砂浆土的强度有明显的提高。以图5为例，抗压强度与龄期呈对数增长关系，采用关系式qu=alnT+b进行拟合，其中，qu为不同龄期下的抗压强度；T分别为3 d，7 d，30 d，60 d；a，b均为回归系数，其回归结果如表4所示。

表4 水泥砂浆土抗压强度与龄期的回归方程系数

参数掺砂量/%203040a0．7981．0011．081b0．01-0．25-0．53R20．94980．9210．8967

2.3 水泥掺入比对水泥砂浆土抗压强度的影响

当掺砂量为20%时，水泥掺入比与不同龄期水泥砂浆土的抗压强度关系，如图6所示。当60 d时，水泥掺入比与不同掺砂量水泥砂浆土的抗压强度关系，如图7所示。

通过试验数据分析可知，当掺砂量为20%时，水泥砂浆土7 d前期抗压强度随着水泥掺入比的增加而基本相同，7 d后期抗压强度随着水泥掺入比的增加而减少，到了一定的极限值后，强度变化不大。当掺砂量为30%和40%时，水泥砂浆土抗压强度随着水泥掺入比增加而增大。

分析为两个原因：

1)水泥固化产物本身的强度并不高，主要起胶结作用[8]，只有在最优掺量的骨料(水泥砂浆土中的砂颗粒可看作骨料)和水泥掺入比条件下，才能形成最佳高强度的水泥砂浆土。

2)水泥掺入比的增加，使加入水泥砂浆土中的自由水含量也增大，因为被加固体本身具有原先含水率，所以不能单增加水泥掺入比来提高水泥砂浆土的强度，可通过适当掺入减水剂等方式得到同等效果。

3 结语

1)在水泥土中掺入最优掺砂量并形成水泥砂浆土，可显著地提高其抗压强度，特别是后期强度。

2)龄期对水泥砂浆土抗压强度的影响较大，随着养护龄期的增长，水泥土的强度将明显的提高。水泥砂浆土抗压强度与龄期呈对数函数关系，其建议回归方程式为qu=alnT+b。

3)当达到一定的掺砂量条件下，水泥砂浆土的抗压强度随着水泥掺入比的增加而增大，到了一定的极限值后，强度变化不大。

[1] 《地基处理手册》编写委员会.地基处理手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社，2000.

[2] KIM D J,NAAMAN A E,El-TAWIL S.Comparative flexural behavior of four fiber reinforced cementitious composites[J].Cem Concr Compos,2008(30):917-928.

[3] LIVC.Progress and application of engineered cementitious composites[J].Journal of the Chinese Ceramic Society,2007,35(4):531-536.

[4] 吴斌华，刘 鑫，洪宝宁，等.改良水泥土搅拌桩单桩承载特性计算分析[J].人民黄河,2013(35):86-92.

[5] 曲 涛，范晓秋，刘 鑫.水泥砂浆固化土抗压强度特性试验[J].河海大学学报,2012,40(2):173-178.

[6] 王树娟.掺风积沙水泥复合土力学性能的研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学,2012:13-15.

[7] 郑洪军.劲性水泥砂浆土组合模型桩的极限承载力试验研究[D].延吉：延边大学,2014：25-28.

[8] 赫文秀，申向东.掺砂水泥土的力学特性研究[J].岩土力学,2011(4)：396.

The unconfined compressive strength of soil cement mortar experiments★

Jin Zhengchao1Fang Guangxiu1*Zheng Hongjun

(1.CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

The paper introduces unconfined compression testing materials of cement mortar soil, and describes specific testing scheme. Through compression strength test, it finds out cement mortar strength, mortar mixing volume, cement age and cement mixing ratio and so on. It will effectively improve its compression strength in post period by mixing suitable sand and forming cement mortar soil.

cement mortar soil, compressive strength, sand-mixing volume, concrete age, cement mixing ratio

1009-6825(2015)07-0100-03

2014-12-21 ★：延大土木工程建造技术教学资源库建设资助项目(项目编号：802014010)

金正超(1990- )，男，在读硕士； 郑洪军(1987- )，男，硕士

方光秀(1967- )，男，博士，副教授

TU441

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