渠道衬砌水泥复合土抗压强度试验研究

解国梁，王海波，杨辉，刘少东

（黑龙江八一农垦大学，大庆　163319）

渠道衬砌水泥复合土抗压强度试验研究

解国梁，王海波，杨辉，刘少东

（黑龙江八一农垦大学，大庆163319）

利用黑龙江北安某灌渠区沉积粘土配制水泥土，稻壳粉掺量分别取0%、1.5%、4.5%、7.5%，养护龄期取3、9、14、28 d，通过水泥土室内配合比试验，研究不同稻壳粉掺量，不同龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响，得出了固定水泥掺量后，不同龄期、不同稻壳粉掺入量与圆柱体无侧限抗压强度的关系，对该地区水泥土的进一步开发和应用有较好的指导作用。

水泥土；无侧限抗压强度；稻壳粉

灌溉输水渠道工程作为水田的基础设施，起着举足轻重的作用。其灌溉功能是农业生态安全的重要保障。黑龙江下属农场大部分位于地域偏北侧的季节性冻土地区，渠道衬砌因基土反复冻融，膨胀隆起沉降，造成渠道运行后出现不同程度的裂缝、坍塌，严重影响了防渗节水和渠坡稳定，缩短了防渗衬砌板的使用寿命［1］。给国家造成了巨大经济损失。从上个世纪70年代以来，我国很多单位进行了大量的研究和实践，在渠道衬砌材料和冻害防治方面取得了不少有益成果，但仍未妥善解决这一问题［2］。

从材料自身保温的角度出发研究农田渠道防冻抗渗能力的工作目前开展的较少。如果能提高衬砌材料本身的保温能力，就可将保温隔热合二为一形成整体，不但施工费用可大幅度降低，而且便于管理［3］。黑龙江灌区沉积粘土分布广泛，又是我国水稻主产区，稻壳资源十分丰富。稻壳本身孔隙度大、密度小、保温性能好、耐腐蚀能力强，它不仅具有非常好的韧性，而且还具有一定的强度。综合利用当地沉积粘土和稻壳的保温性能研究集防渗抗冻胀于一体的稻壳水泥复合土极具潜力［3］。从目前出版的资料看，对渠道衬砌水泥土的设计理论和试验研究较少，还存在许多待解决的问题，现根据东北地区渠道衬砌材料要求进行水泥土室内配合比试验，针对黑龙江北安某渠灌区粘性土，通过对不同水泥掺量，不同养护龄期、不同稻壳掺量进行试验对比分析，研究各种因素对抗压强度的影响规律，为该地区水泥土的进一步开发和应用提供试验依据，为渠道衬砌工程提供参考。

1　试验材料和研究方法

制备水泥土试块的土样取自黑龙江北安某渠灌区，土样的基本物理力学指标见表1。试样根据《土工试验规程》（SL237-1999）的规范要求制备，依据规程该土基本物理性质为低液限黏土，且该土为级配良好土，具有该地区土样的代表性。图1为颗粒级配曲线［4］。水泥为冀东牌普通硅酸盐水泥土P·O42.5，见表2。

表1　试样土的物理指标Table 1Physical indicators of soil sample

表2　冀东P·O42.5水泥性能指标Table 2P·O42.5 portiand cement performnace

图1　土样的颗粒分布曲线Fig.1Grain distribution curve of soil

水泥土的无侧限抗压强度是指水泥土在无侧限压力条件下抵抗轴向压力的极限强度，它是水泥土最基本、最重要的力学性能指标［5］。水泥土的无侧限抗压强度是水泥土和其他稳定土强度标志，也是固化成分以及其他因素对固化土固化效果影响的重要评价指标之一［6］。根据以往经验按如下方案安排试验：制作Φ50 mm*H50 mm的水泥土试件，水泥掺量为固定值15%，稻壳干燥后粉碎至平均粒径为3.18 mm的粉粒，单掺稻壳粉含量分别为0%、1.5%、4.5%和7.5%，测试龄期分别为3、9、14、28天［7］。在标准养护箱内养护到设计龄期，采用山东济南试金集团有限公司济南试验机厂生产的WAW—300C微机控制电液伺服万能试验机测定无侧限抗压强度。

2　试验结果及分析

2.1不同龄期、稻壳粉掺量下的水泥土无侧限抗压强度测试结果

不同稻壳粉掺量下，不同龄期的无侧限抗压强度测试结果见下表3。

表3　水泥土无侧限抗压强度（kPa）的实测数据Tabel 3Measured data of Unconfined compressive strength of cemented soil

2.2水泥土无侧限抗压强度与养护龄期的关系

从表3数据及图2可以看出：当水泥复合土中水泥掺量固定，稻壳粉掺入量低于7.5%时，①不同稻壳粉掺量的水泥复合土的无侧限抗压强度均随着养护龄期的增长而增加，但增加幅度不大；②3～9 d水泥土的无侧限抗压强度增长较快，9～14 d增长速度相对降低，但也有微量提高，14～28 d水泥土的无侧限抗压强度增长速度有所恢复；③在28 d龄期以前，无稻壳粉掺入的水泥土无侧限抗压强度增长随龄期基本呈线性关系，掺入稻壳粉的水泥土无侧限抗压强度随龄期增长时有一定波动，但其整体强度上高于不掺稻壳粉的水泥土。说明稻壳粉的掺入对水泥复合土的强度有一定贡献。

2.3水泥土无侧限抗压强度与稻壳粉掺量的关系

图3　水泥土强度随稻壳粉掺量的关系曲线Fig. 3Curves of Cemented soil strength and content of rice hull powder

从表3数据及图3可以看出：当水泥复合土中水泥掺量固定，稻壳粉掺入量低于7.5%时，①在相同养护龄期下，水泥土的无侧限抗压强度随着稻壳粉掺入量的增加而增加，但增长幅度不大；②稻壳粉掺量相同时，无侧限抗压强度随龄期增长变化较显著，而无稻壳粉掺入时，强度增长较均匀，说明稻壳粉的掺入对水泥的水化胶凝作用有一定干扰。

3　结论

通过对大庆市杜尔伯特蒙古族自治县某灌渠区沉积粘土进行的室内水泥复合土配合比试验成果的整理分析，可以归纳出以下几点结论：

（1）水泥复合土中当水泥掺量为固定值15%，稻壳粉掺入量低于7.5%时，稻壳粉的掺入对水泥水化胶凝作用有一定影响，随稻壳粉掺量的增大，水泥土无侧限抗压强度有一定提高，但贡献已不显著。

（2）从水泥土强度随龄期的变化可知，水泥的水化胶凝作用是水泥土强度增长最主要的来源。

［1］解国梁，解恒燕，郑鑫.利用熟石灰改善水泥固化土早期强度的试验研究［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2013，25（5）：17-20.

［2］解国梁，申向东，贾尚华.渠道衬砌混凝土力学性能的试验研究［J］.人民黄河，2012（3）：114-116.

［3］张文郁，娄宗科.稻壳粒径对稻壳混凝土抗压强度的影响研究［J］.人民长江，2010（5）：67-70.

［4］葛建锐，郑鑫，刘少东.东北季冻区灌渠渠底土冻胀力影响因素分析［J］.人民黄河，2015（8）：145-148.

［5］解国梁，陶传迁，申向东.硅粉对中低掺量水泥土早期强度的影响［J］.混凝土，2012（5）：88-90.

［6］苏胜，张利.土木工程材料［M］.北京：煤炭工业出版社，2007.

［7］Xie G L，Shen X D. Mechanical behaviors of cemented-soil with Ca （OH）2［A］.2011 International Conference on Electric Technology and Civil Engineering［C］.Lushan：Computer Society，2011.

Effects of Unconfined Compressive Strength of Channel Lining of Cement-soil

Xie Guoliang，Wang Haibo，Yang Hui，Liu Shaodong
（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

The cemented-soil was made from rice hull powder，cement and silty clay of Heilongjiang province irrigation district.The mount of rice hull powder was 0%，1.5%，4.5%，7.5%respectively in the lab and the rice hull powder-cement soils were cured in 3，9，14，28 d respectively.The Unconfined compressive strength were measured，and the influence factors were analyzed.The results offered a great guideline to the use of cement soil mixing.

cement soil；unconfined compressive strength；rice hull powder

TU755.2

A

1002-2090（2016）02-0097-03

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.02.020

2015-12-10

大庆市指导性科技计划项目（寒区农田水渠防渗抗冻胀材料的研究：szdfy-2015-31）。

解国梁（1976-），男，副教授，内蒙古农业大学毕业，现主要从事工程结构与材料方面的教学与研究工作。