水工建筑残积土混合料的导水率研究

胡 聪

(安庆市水利工程质量监督站，安徽 安庆 246003)

过去几十年来，由于优质建设用土越来越短缺，工程技术人员寻找建设用土替代品的工作，摆在越来越重要的位置。寻找建筑新材料过程中，相关科研人员通过开发新的混合材料如土壤-水泥混合物来实现[1]。水泥土混合物在环境保护领域还常用作固化含有危险废物和污泥[2]。类似于大多数泥浆护壁技术，可以用导水率约5×10-7cm/s的水泥土建造防护外墙。因此，以水泥作为改性材料，将其与残积土样品混合，得到不同比例的改性土壤。土壤在自然环境中的导水率较难测量，在实验室小试规模，通过测量土壤柱的流速，可测定土壤的导水率，由此考察实际的土壤导水率，并与水泥土改性后的预测值进行比较，以研究残余水泥中水泥掺入对导水率的影响。确定水泥变异率对残积土渗透系数。

1 材料与方法

1.1 样品制备

土壤采自安徽丘陵地区为，以原样未受污染为研究对象。水泥掺混对剩余水导率影响的研究进行土壤处理。与未含水泥的残积土的水力传导系数进行了比较。在这项研究中使用的范围为1%, 3%, 5%和10%的水泥。

实验室小试阶段，残积土的采样与纸样过程如下：用锄头挖取地表以下0.2m深度的土壤，充分搅拌并分散。置于烘箱，105℃烘干后备用。实验用水为去离子水。依据粒度分析，阿特伯格极限，比重和水力传导系数对天然残积土的工程性质进行分类。添加残积土质量的1%, 3%, 5%和10%的水泥，将这些水泥掺入土壤中制成改性土壤试样。表1显示了用于实验室测试的土壤水泥取样。水泥为市售普通水泥。以未添加水泥的土壤为对照组，对土壤样品进行了相关测试。

表1 不同土壤类型的强度和渗透性

在进行导水率测试之前，土壤水泥混合样品与水泥采用标准普罗克压实法对其含水量进行压实。此过程历时30d，空白样为24h。为饱和固化留出足够的时间。完全水合的土壤水泥混合样中的水分占自身重量的20%。水泥稳定材料在含水份量较高的情况下，水泥固化较易。随着水分含量的降低，水泥与土壤竞争水分，若土壤具有较高的吸水性能，比水泥具有更大的水亲和力；导致水泥水合不完全[3]。随水泥土含水率的降低，土壤含水量水泥的水合率也降低[4]。因此，必须进行适当的固化工艺来克服水分不足的缺点。

表2 测试样品

1.2 检测方法

依据我国现行有效建筑材料及标准，进行一系列的物理试验[5-10]。

2 导水率参数确定

根据下降水头渗透试验，对原土的渗透系数为4.16×10-8m/s。由图1可见，水泥添加量为1%，3%，5%时，样品渗透系数分别为3.89×10-8m/s，2.78×10-8m/s，6.83×10-9m/s。但10%的水泥添加量使样品渗透系数增加到2.78×10-8m/s。

图1 残积土水泥添加量与导水率关系

剩余土的显著特征是粉沙、沙土和粘土以不同比例的混合物。粒度分析表明，残积土由于包含各种颗粒，因此具有表现出文理多样性，不同残积土获得的结果存在差异。这可能是由于风化过程，受贮藏时间和条件的影响，残积土的结构容易破坏[11]。新鲜残积土一般观察到最初是软的，随着时间的推移进一步硬化。因此，同一样品在新鲜状态下的粒度分布可能与风化状态的粒度分布不同。Cu>5，表明级配良好的土壤和CK在0.5～2之间也表现出良好的级配土壤。本文选用的残积土样品是一个基于塑性指数的低塑性土，它是一种粉质土，细砂具有轻微可塑性。比重为2.63。大多数无机土的固体物质的比重在2.60和2.80之间变化。压实产生的土壤干密度主要取决于土壤的含水量和压实量。每种土壤都有其独特的最佳含水量，主要取决于其所含的塑料细粒的数量和类型。然而，作为最佳的水分含量取决于压实的程度。对照样的水力传导系数为4.16×10-8m/s，土壤质地非常微小的孔隙导致导水率较小，如图1所示。对水泥土的渗透系数受由水泥添加量影响显著。渗透系数从3.89×10-8m/s开始逐渐降低至2.78×10-8m/s，6.83×10-9m/s。在水泥水化过程中，水泥水化形成后pH值的增加和Ca(OH)2的浓度可以打破粘土颗粒和游离硅和铝联合钙形成水合物[12]。因此，这将导致残积土孔径的大小和分布的改变。当水泥用量增加，孔隙尺寸减小。1%, 3%和5%的水泥添加量，孔隙逐渐缩小。此外，在残积土固化过程中，孔隙的大小可以最小化，水力传导系数将减小，水泥土有较高的强度和刚度。但是，图1还表明，10%水泥添加量使水泥的孔径增加导水率增加到2.78×10-8m/s。这是因为当水泥含量超过9%时，由于絮凝和团聚反应，水泥的孔径增加。所以土壤的导水率增加。

3 结束语

通过添加稳定剂可以改变土壤的导水率等性质，是寻找提高土壤强度和抗软化的主要方法。在这种情况下，水泥被用作粘结剂。它通过将颗粒粘合在一起来稳定土壤，从而减少水对结构的影响。这种稳定剂的有效性取决于稳定基质的强度；在土壤和基质之间形成的粘合剂上，以及粘结在一起的单个颗粒或团聚物上。与1%, 3%和10%的水泥添加量相比，水泥改性残积土的最佳掺量为5%。