水泥土无侧限抗压强度试验

袁宝王君

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳125316）

水泥土无侧限抗压强度试验

袁宝王君

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳125316）

为探讨水泥含量、龄期和含水率对水泥土无侧限抗压强度的影响，分别对水泥含量为2%，4%，6%，8%和10%，龄期分别为7 d，14 d和28 d，含水率为2%，4%，6%，8%和10%水泥土试样进行无侧限抗压强度试验。结果表明，随水泥含量和龄期增大，水泥土无侧限抗压强度增大；随含水率增大，水泥土无侧限抗压强度先增大后减小，含水率约为6%时，其强度达到最大值。

水泥含量；含水率；龄期；无侧限抗压强度

1 概况

采用水泥作固化剂，将其与原位土进行搅拌，形成具有一定强度的水泥加固土或水泥土桩是目前地基加固的一种常用方法。由于该方法能够有效的利用原位土，减少了挖方和填方量，且施工时噪音和污染小，在地基处理中具有广泛的应用。

影响水泥土无侧限抗压强度的因素有很多，土性、含水率、水泥种类、养护龄期、水泥含量以及搅拌方法对其强度均有较大影响。N.Miura等系统研究了水泥土无侧限抗压强度、压缩特性以及三轴剪切强度与水灰比的关系。结果表明，水灰比对水泥土的强度特性和变形特性均有决定性作用，因此建议用水灰比作为水泥土强度的一个实际表征参数。Lorenzo和Bergado认为龄期对水泥土强度有重要影响，在取表征参数时应考虑龄期的影响，而水泥土的孔隙比对初始含水率和龄期对水泥土强度影响的变化规律能较好反映。Jongpradist等通过采用水泥土中注入空气，模拟水泥土的非饱和状态，从而探讨可非饱和条件下水泥土的无侧限抗压强度特性。曹智国等认为水泥土可分为两大类，即水泥加固土和水泥稳定土，水泥加固土含水率一般较高而水泥稳定土含水率一般较低，通过选取的2种典型土样，分别配水制成水泥加固土和水泥稳定土，并对其开展无侧限抗压强度试验。试验结果表明：水泥土的初始含水率、压实程度对水泥土孔隙率有较大影响；随水泥含量和养护龄期增大水泥土的饱和度降低；水泥为5%～20%时，随水泥掺量增大，水泥土无侧限抗压强度增大，且近似呈幂函数关系。

通过对水泥含量为2%，4%，6%，8%和10%，龄期分别为7，14，8 d，含水率为2%，4%，6%，8%和10%水泥土试样进行无侧限抗压强度试验，分析了水泥掺量、龄期和含水率对其无侧限抗压强度的影响。

2 试验土料与试验程序

土料比重为2.72，液塑限采用液塑限联合测量仪进行测定，液限为47.7%，塑限为24.5%，塑性指数为23.2%。采用比重计法和筛析法联合进行颗粒分析试验，颗分结果如图1所示。可见，试验土料最大粒径为2 mm，粗粒含量为26.7%，细粒含量为83.3%，定义粒径小于0.005 mm的颗粒为黏粒，黏粒含量为23.7%，根据SL237-1999土工试验规程分类法，可将其定名为低液限黏土。水泥采用普通硅酸盐水泥，标号32.5，细度（80 μm）7.8%，初凝时间320 min；3，7，28，90 d龄期抗压强度分别为22.5，31.0，42.8，66.4 MPa。

图1 土料级配曲线

无侧限抗压强度试验在应变控制式承载比试验仪上开展，最大轴向力30 kN，剪切速率为用1 mm/min。试样尺寸为Φ61.8 mm×120 mm，制样干密度1.75 g/cm3，分3层制样，24 h脱膜，试验方案如下。

1）水泥掺量共5组，分别为2%，4%，6%，8%和10%，每组3个试样平行试验，水灰比0.8，混凝土标准养护条件下养护28 d；

2）含水率共5组，分别为2%，4%，6%，8%和10%，水泥掺量6%，每组3个试样平行试验，混凝土标准养护条件下养护28 d；

3）龄期共5组，分别为7，14，28，60，90 d，水泥掺量6%，水灰比0.8，每组3个试样平行试验。

3 试验结果与分析

3.1 水泥掺量影响

为分析水泥掺量对水泥土无侧限抗压强度的影响，对水泥掺量分别为2%，4%，6%，8%和10%共5组试样进行无侧限抗压强度试验。每组试验平行3组进行，剔除偏移较大的点，对剩余的点取平均值作为其无侧限抗压强度值。不同水泥掺量条件下，水泥土无侧限抗压强度如图2所示。可知随水泥掺量增大，水泥土无侧限抗压强度增大，水泥掺量由2%增大到10%，水泥土无侧限抗压强度值由676 kPa增大到1 514 kPa。这主要是由于随水泥掺量增加，水泥水化作用产生的水化产物如水化硅酸钙和水化铝酸钙等增多。水化产物还会与土颗粒离子发生一系列反应，如发生离子交换、胶结和凝硬等物理化学反应，从而提高了水泥土的无侧限抗压强度。水泥掺量增多，水化反应和火山灰反应形成的产物对土体有填充和挤密作用，土体的孔隙率逐渐减小，土颗粒间接触面积增大，无侧限抗压强度越高。

水泥掺量为2%时，水泥土的无侧限抗压强度值较低。这主要是由于，水泥过少，水泥水化作用较弱。水泥与土粒间反应以及火山灰反应产物过少，对土体整体抵抗破坏的能力影响较小，K. Uddin将这一区域定义为水泥土的非反应区。当水泥掺量由2%增大到4%时，水泥土无侧限抗压强度值增长率44.1%，其后随水泥掺量增大，强度增长率依次为20%，15.2%和12.4%，可知水泥掺量从2%增大到4%强度增长最明显，这主要是由于水泥掺量为2%时，水泥掺量较少，水泥骨架难以形成，水泥土无侧限抗压强度低，而水泥掺量为4%时，形成了水泥骨架能承受较大荷载，其无侧限抗压强度值增大。

图2 无侧限抗压强度-水泥掺量关系曲线

3.2 含水率影响

为分析含水率对水泥土无侧限抗压强度的影响，对含水率分别为2%，4%，6%，8%和10%共5组试样进行无侧限抗压强度试验，水泥掺量为6%，龄期为28 d，试验结果如图3所示。可知随含水率增大，水泥土无侧限抗压强度先增大后减小，含水率为6%时，水泥土无侧限抗压强度值最大为1 187 kPa；含水率为2%时水泥土无侧限抗压强度值最小1 017 kPa。水泥发生水化反应，生成水化产物，形成具有一定强度的水泥骨架，当含水率较低时，水泥不能与水充分反应，形成具有高强度的水化产物。因此，在含水率较低时，水泥土无侧限抗压强度值较低，而含水率较高时，水对水泥起稀释作用，含水率越高，水泥形成的骨架强度越弱，表现为随含水率增大，水泥土无侧限抗压强度先增大后减小。

3.3 龄期影响

为分析龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响，对龄期分别为7，14，28，60，90 d共5组试样进行无侧限抗压强度试验，水泥掺量为6%，水灰比为0.8，水泥土无侧限抗压强度随龄期变化规律如图4所示。由图4可知，龄期由7 d增大到90 d，水泥土无侧限抗压强由752 kPa增大到1 537 kPa。这主要是由于随着养护龄期增大，水泥水化反应越充分，水化程度越深，水化所产生的水化产物数量逐渐增多，此外，与水泥掺量增大类似，水化产物增多填充了土颗粒间的间隙，使得土体孔隙率减小，土体更加密实。因此，水泥土无侧限抗压强度增大。一般认为，水泥土无侧限抗压强度值与龄期近似呈乘幂关系，可写为：

图3 无侧限抗压强度-含水率关系曲线

式中：qu为水泥土无侧限抗压强度值；a，b为参数，试验a=465.4 kPa，b=0.27；T为龄期。

图4 无侧限抗压强度-龄期关系曲线

然而也有研究表明，随龄期增长，水泥土无侧限抗压强度近似呈线性增长，这可能是由于水泥土火山灰反应持续进行的原因。随龄期增长，水泥土无侧限抗压强度的增长率分别为31.9%，20.1%，18.7%和11.4%。可以看出随龄期增大，水泥土无侧限抗压强度的增长率逐渐降低。这主要是由于初期水泥水化作用和火山灰反应较强，生成水化产物较多，水泥土强度增长较快，而随龄期增大，水化反应和火山灰反应逐渐减弱，新生成的水化产物逐渐减少，水泥土无侧限抗压强度增长逐渐趋于不明显。

4 结论

通过对不同水泥掺量、龄期和含水率的水泥土进行无侧限抗压强度试验，分析了水泥掺量、龄期和含水率对水泥土无侧限抗压强度的影响，主要结论如下：

1）随水泥掺量增大，水泥土无侧限抗压强度增大，且水泥掺量由2%增大到4%时，水泥土无侧限抗压强度增大最明显。

2）随含水率增大，水泥土无侧限抗压强度先增大后减小，含水率大约为6%时水泥土无侧限抗压强度值最大。

3）随龄期增长，水泥土无侧限抗压强度逐渐增大，水泥土无侧限抗压强度值与龄期近似呈乘幂关系。

［1］李建军，梁仁旺.水泥土抗压强度和变形模量试验研究［J］.岩土力学，2009，30（2）：473-477.

［2］MIURAN,，HORPIBULSUKS，NAGARAJTS.Engineering behavior of cement stabilized clay at high water content［J］. Soils and Foundations，2001，41（5）：33–45.

［3］HORPIBULSUK S,MIURA N,NAGARAJ T S.Claywater/cement ratio identity of cement admixed soft clays［J］. JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering，2005，131（2）：187—192.

［4］HORPIBULSUKS，MIURAN，NAGARAJTS.Assessment ofstrengthdevelopmentincement-admixedhighwatercontent clays with Abrams law as a basis［J］.Geotechnique，2003，53（4）：439-444.

［5］LORENZOGA，BERGADODT.Fundamentalparameters of cement-admixed clay-new approach［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2004，130（10）：deep mixing［J］.Journal of Materials in Civil Engineering,2006,18（2）：161-174.

［6］曹智国，章定文.水泥土无侧限抗压强度表征参数研究［J］.岩石力学与工程学报，2015，31（S1）.

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2016-08-26