水泥砂漿土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究★

金正超 方光秀 鄭洪軍

(1.延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

·建筑材料及應(yīng)用·

水泥砂漿土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究★

金正超1方光秀1*鄭洪軍

(1.延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

介紹了水泥砂漿土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的材料，并對(duì)具體的試驗(yàn)方案作了闡述，通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得出，水泥砂漿土強(qiáng)度與摻砂量、齡期、水泥摻入比有關(guān)，在水泥土中摻入適量的砂，形成水泥砂漿土，可有效的提高其抗壓強(qiáng)度，尤其是后期強(qiáng)度。

水泥砂漿土，抗壓強(qiáng)度，摻砂量，齡期，水泥摻入比

0 引言

近年來，由于水泥土在實(shí)際工程中的大量應(yīng)用，使得其研究得到了迅速發(fā)展[1]。但水泥土存在強(qiáng)度低、變形大的缺點(diǎn)。因此，許多學(xué)者在水泥土中加入各種添加劑來改良水泥土的力學(xué)性能。Kim等[2，3]通過在水泥土中加入各種纖維提高水泥土的承載力。吳斌華等[4]用PLAXIS有限元軟件分析了改良水泥土樁的承載力，其變量為摻砂量、含水率、水泥摻入比、齡期、砂粒徑等，得出水泥摻入比、齡期對(duì)承載力的影響較大。曲濤等[5]通過在水泥土內(nèi)摻入一定比例的砂料，從而改善水泥土的物理力學(xué)性能，隨著砂料的摻入，不同齡期下固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均獲得一定程度提高。王樹娟[6]在水泥摻入比一定的條件下，用一定量的砂置換等量的土，發(fā)現(xiàn)摻砂對(duì)水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有明顯的提高。

與其他添加劑相比，砂具有價(jià)格低廉、來源廣泛的優(yōu)點(diǎn)。本試驗(yàn)采用添加砂的方式，在水泥土中摻入一定比例的砂，研究摻砂量、齡期、水泥摻入比對(duì)水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

粉質(zhì)粘土取自吉林省延吉市理化村的中國朝鮮族民俗村風(fēng)情園建設(shè)項(xiàng)目工地。取回時(shí)為塊狀原狀土，測得其基本物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)用粘土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)

砂是延吉市天然河砂，含水率為11%，密度為1 890 kg/m3，其顆粒級(jí)配如表2所示。試驗(yàn)采用延吉廟嶺產(chǎn)普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，水采用自來水。

表2 砂的顆粒組成

1.2 試驗(yàn)方案和方法

采用水灰比為1.3。選取水泥摻入比分別為20%，25%，其計(jì)算公式為：

(1)

其中，aw為水泥摻入比；mc為水泥摻入質(zhì)量；m濕土為濕土質(zhì)量。

選取摻砂量分別為20%，30%，40%，其計(jì)算公式為：

(2)

其中，as為摻砂量；ms為砂料質(zhì)量；m濕土為濕土質(zhì)量。

試塊尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，每種配合比制作12塊試樣，試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中分別養(yǎng)護(hù)3 d，7 d，30 d，60 d。采用YAW-3003微機(jī)控制電液式水泥壓力機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，如圖1所示。測得抗壓強(qiáng)度結(jié)果如表3所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 摻砂量對(duì)水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)水泥摻入比分別為20%，25%時(shí)，摻砂量與不同齡期水泥砂漿土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系，如圖2，圖3所示。

在圖2中可以看出，當(dāng)水泥摻入比為20%時(shí)，隨齡期的不同、其最優(yōu)摻砂量有變化。在3 d和30 d時(shí)，最優(yōu)摻砂量為20%；在7 d和60 d時(shí)，最優(yōu)摻砂量為40%。在3 d時(shí)，不同摻砂量的水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度基本相同。在7 d時(shí)，試塊S20- 40的抗壓強(qiáng)度比S20-20,S20-30分別增加23%和30%；在30 d時(shí)，S20-20抗壓強(qiáng)度比S20-30,S20- 40分別增加26%和36%；在60 d時(shí)，不同摻砂量的水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度也基本相同。

表3 不同齡期水泥砂漿土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 MPa

在圖3中可以看出，當(dāng)水泥摻入比為25%時(shí)，隨齡期的不同、最優(yōu)摻砂量有變化。在3 d和7 d時(shí)，最優(yōu)摻砂量為20%；在30 d時(shí)，最優(yōu)摻砂量為30%；在60 d時(shí)，最優(yōu)摻砂量為40%。在3 d時(shí)，不同摻砂量的水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度基本相同。在7 d時(shí)，試塊S20-20的抗壓強(qiáng)度比S20-30,S20- 40分別增加7%和38%；在30 d時(shí)，S20-30抗壓強(qiáng)度比S20-20,S20- 40分別增加46%和26%；在60 d時(shí)，S20- 40抗壓強(qiáng)度比S20-20,S20-30分別增加20%和13%。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)水泥摻入比為20%,25%時(shí)，不同摻砂量的水泥砂漿土3 d早期強(qiáng)度基本相同，這是因?yàn)樯把泳徚怂嗨磻?yīng)的進(jìn)行。

在最優(yōu)摻砂量時(shí)，將顯著提高水泥土的抗壓強(qiáng)度。這是因?yàn)樵谒嗌皾{土中，砂顆粒起到了相當(dāng)于混凝土中骨料的作用，通過水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的膠結(jié)作用，將產(chǎn)生以砂顆粒為中心，土顆粒和水泥水化產(chǎn)物形成的最優(yōu)級(jí)配無數(shù)聯(lián)接結(jié)構(gòu)，具有較高的強(qiáng)度所致[7]。

2.2 齡期對(duì)水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)水泥摻入比分別為20%,25%時(shí)，齡期與不同摻砂量水泥砂漿土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系，如圖4，圖5所示。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，齡期對(duì)水泥砂漿土強(qiáng)度的影響較大。當(dāng)水泥摻入比一定時(shí)，隨著齡期的增長，不管摻砂量為多少，水泥砂漿土的抗壓強(qiáng)度不斷增大。這是因?yàn)樗嗌皾{土形成后，隨著齡期的增長，水化物也不斷增加，對(duì)土和砂顆粒之間的膠結(jié)作用不斷加強(qiáng)，形成的聯(lián)接結(jié)構(gòu)更致密，最終使抗壓強(qiáng)度變大。因此，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，水泥砂漿土的強(qiáng)度有明顯的提高。以圖5為例，抗壓強(qiáng)度與齡期呈對(duì)數(shù)增長關(guān)系，采用關(guān)系式qu=alnT+b進(jìn)行擬合，其中，qu為不同齡期下的抗壓強(qiáng)度；T分別為3 d，7 d，30 d，60 d；a，b均為回歸系數(shù)，其回歸結(jié)果如表4所示。

表4 水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度與齡期的回歸方程系數(shù)

參數(shù)摻砂量/%203040a0．7981．0011．081b0．01-0．25-0．53R20．94980．9210．8967

2.3 水泥摻入比對(duì)水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)摻砂量為20%時(shí)，水泥摻入比與不同齡期水泥砂漿土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系，如圖6所示。當(dāng)60 d時(shí)，水泥摻入比與不同摻砂量水泥砂漿土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系，如圖7所示。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)摻砂量為20%時(shí)，水泥砂漿土7 d前期抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入比的增加而基本相同，7 d后期抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入比的增加而減少，到了一定的極限值后，強(qiáng)度變化不大。當(dāng)摻砂量為30%和40%時(shí)，水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入比增加而增大。

分析為兩個(gè)原因：

1)水泥固化產(chǎn)物本身的強(qiáng)度并不高，主要起膠結(jié)作用[8]，只有在最優(yōu)摻量的骨料(水泥砂漿土中的砂顆粒可看作骨料)和水泥摻入比條件下，才能形成最佳高強(qiáng)度的水泥砂漿土。

2)水泥摻入比的增加，使加入水泥砂漿土中的自由水含量也增大，因?yàn)楸患庸腆w本身具有原先含水率，所以不能單增加水泥摻入比來提高水泥砂漿土的強(qiáng)度，可通過適當(dāng)摻入減水劑等方式得到同等效果。

3 結(jié)語

1)在水泥土中摻入最優(yōu)摻砂量并形成水泥砂漿土，可顯著地提高其抗壓強(qiáng)度，特別是后期強(qiáng)度。

2)齡期對(duì)水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度的影響較大，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長，水泥土的強(qiáng)度將明顯的提高。水泥砂漿土抗壓強(qiáng)度與齡期呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，其建議回歸方程式為qu=alnT+b。

3)當(dāng)達(dá)到一定的摻砂量條件下，水泥砂漿土的抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入比的增加而增大，到了一定的極限值后，強(qiáng)度變化不大。

[1] 《地基處理手冊》編寫委員會(huì).地基處理手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)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] 吳斌華，劉 鑫，洪寶寧，等.改良水泥土攪拌樁單樁承載特性計(jì)算分析[J].人民黃河,2013(35):86-92.

[5] 曲 濤，范曉秋，劉 鑫.水泥砂漿固化土抗壓強(qiáng)度特性試驗(yàn)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),2012,40(2):173-178.

[6] 王樹娟.摻風(fēng)積沙水泥復(fù)合土力學(xué)性能的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2012:13-15.

[7] 鄭洪軍.勁性水泥砂漿土組合模型樁的極限承載力試驗(yàn)研究[D].延吉：延邊大學(xué),2014：25-28.

[8] 赫文秀，申向東.摻砂水泥土的力學(xué)特性研究[J].巖土力學(xué),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術(shù)教學(xué)資源庫建設(shè)資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：802014010)

金正超(1990- )，男，在讀碩士； 鄭洪軍(1987- )，男，碩士

方光秀(1967- )，男，博士，副教授

TU441

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