水泥混合土渗透特性试验研究

2020-08-11赵文文王盛年

工程建设与设计 2020年14期

赵文文，王盛年

（1.南京地铁建设有限责任公司，南京210000；2.南京工业大学交通运输工程学院，南京211816）

1 引言

水泥土是指将原状土进行切削破碎并注入固化剂（一般为水泥），经一系列复杂的物理化学作用后形成的具有一定整体性、水稳定性和强度的改良土体，在工程实践中有着广泛的应用[1,2]。然而，由于细粒土土粒活性较高，其对水泥的水化水解会产生不可忽视的影响，细粒土中水泥水化因此将与传统意义上的水泥混凝土与水泥砂浆中水泥水化水解存在差异[3～5]。原位钻孔取芯试验与室内试验是水泥土工程抗渗性能分析的主要手段[6]。其中，原位钻孔取芯试验由于技术与成本的限制，且施工现场复杂的场地条件对水泥土试验的影响显著，试验结果离散性较大[7]；室内试验则因较易开展且受外界环境的影响较小，因此，在水泥土研究中被广泛采用[8]。本文将针对细砂、粉质黏土和黏土进行不同组合配比条件下的混合土质水泥固化土进行渗透性能测试，以揭示其受土质影响的规律。

2 试验材料与试验方案

2.1 试验材料

选取长江右岸Ⅰ级阶地典型细砂、粉质黏土和黏土为代表性土质，开展土质因素对水泥土抗渗性能影响的试验研究。由于所需土样较多，试验时间跨度较大，不具备所有土样均采取原状土样的条件，因此，采用2种土样采集方式开展试验：一种是取原状土开展土工试验，获取原状土样渗透系数，如表1所示；另一种为扰动土样，用于开展水泥土渗透特性试验研究。

表1土样渗透系数

2.2 试验装置

渗透试验采用依据JGJ/T 233—2011《水泥土配合比设计规程》试验要求设计的、专门用于水泥土渗透系数测定的TJSS-25型渗透试验装置，如图1所示。该装置可自动加压，恒压保持，并可进行较高水头压力下的弱透水或不透水水泥土的渗透系数测试。

图1水泥土渗透试验装置

2.3 试验方案

试验选取细砂、粉质黏土、黏土按照不同组合与配比进行相互混合，以模拟水泥土施工过程中形成的混合土质土体。混合土质组合与配比情况如表2所示。

表2混合土配比情况

2.4 试样制备

渗透试验试样制备过程如下：

1）土样处理。按照JGJ/T 233—2011《水泥土配合比设计规程》将现场取回的土样进行破碎、烘干、粉碎以及过2mm筛，获得试验中所需土样，如图2所示。

2）试样制备。试验固化剂选用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比取1.2。根据水泥土配合比称取相应土样及水泥质量，充分混合后加水搅拌均匀，然后再将土样分多次装入截头圆锥形试模（顶径7cm，底径8cm，高3cm），每次装料高度大致相等，装料后按螺旋方向从边缘向中心插捣15次、再用刮刀刮毛试样表面。试样制备控制在25min内成型。每种规格试样制备3个平行样。

3）试样养护。试样在室温20℃±5℃、相对湿度不低于50%的环境中静置24h后拆模，拆模后将试模外侧和两端多余的材料削去，确保试件不破损、变形，质量极差不超过平均值20%，试块在脱模后放入标准养护室（相对湿度大于95%，温度范围20℃±3℃）养护至规定龄期，如图3所示。

图2土样处理

图3试样拆模与养护

3 试验结果分析

3.1 试验流程

渗透试验过程中侧壁止水问题是决定试验成败的关键。渗透试验开始前，经对前人经验参考以及反复尝试后，最终选取石蜡作为侧壁止水材料。具体做法是将石蜡加热融化，在渗透试样的侧壁涂抹一层液态石蜡，并立即压入渗透仪试模，静置至石蜡凝结，封闭试样与试模之间的缝隙达到侧壁止水的目的。为进一步增加仪器的密闭性，在试模与仪器的连接螺纹处缠绕一圈止水生料带，将试模旋入仪器基座开始试验，如图4所示。

水泥土渗透系数测定具体流程如下：

图4渗透试验止水措施

1）待完成养护的试件饱和后，在试样侧面涂上液态石蜡并压入渗透试模，下口放置透水石，在试模外侧缠上生料带装入渗透仪，并在试件上端面放置滤纸。2）调节压力表，按每级0.02MPa逐级施加压力至0.1MPa，直至水泥土试件表面有水渗出为止，然后以每级加压幅度0.1MPa开始渗透测试。每级恒压渗透时间设置为1h。

3）恒定渗压下待滴定管内液面逐渐稳定后，开始读数记录，并测记水温。读数时间间隔依照渗水量大小选定。对于渗水量较大的试件，每隔3～5min读数一次；对于渗水量较小的试件，每隔30～60min读数一次。当由渗水量计算的渗透系数差值不大于2×10-n（n为渗透系数数量级）时，停止试验。

3.2 试验结果

试验测得不同混合土质水泥土的渗透系数试验结果如表3所示。由表可知，混合土质水泥土渗透系数大致分布于细砂质水泥土与粉质黏土质水泥土渗透系数值之间，但随着混合土质中粉质黏土含量的提高，渗透系数有所下降。25%细砂+75%粉质黏土的水泥土渗透系数较细砂质水泥土下降了26%，但却比粉质黏土质水泥土提高了91%，可知混合土质中渗透性较大的土质对水泥土渗透性起到控制性作用，但却因细砂的掺入渗透系数有一定程度的下降。事实上，水泥固化改良土体抗渗性主要是通过水泥水化物改善土体孔隙结构，从而降低土体渗透性，然而，一定的水泥掺入仅能改善土体的部分空隙结构，对于砂性土这类空隙较高的土体，水泥水化产物就更不能保证其能完全充填其孔隙结构，因此，从这一角度来讲，施工中将砂性土搅拌进渗透性较低的粉质黏土与黏土是不利于水泥土抗渗性能的提升的。