干濕循環對水泥改良細砂土強度影響試驗研究

王鵬濤 張建楠

(1.中國路橋工程有限責任公司，北京 100011； 2.中咨泰克交通工程有限公司，北京 100083)

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干濕循環對水泥改良細砂土強度影響試驗研究

王鵬濤1張建楠2

(1.中國路橋工程有限責任公司，北京 100011； 2.中咨泰克交通工程有限公司，北京 100083)

以柬埔寨西港高速為工程背景，從摻入比、齡期、干濕循環次數等方面，對水泥改良后的細砂土進行了無側限抗壓強度試驗，分析了不同條件下水泥改良細砂土的土體抗壓強度及變形規律，得到了水泥改良細砂土的基本力學特性。

水泥，細砂土，抗壓強度，干濕循環，路基

0 引言

柬埔寨西港高速公路有幾段共約50 km路基A，B組填料缺乏，到其他取土場取土運距較遠，成本增加，不利于控制工程造價。涉及路段土類以細砂土為主，而細砂土作為路基的填料，不僅強度較低，且容易液化。細砂土作路基填料必須對其進行改良，改善其力學特性。

1 試驗材料的物理特性

1.1 細砂土材料

在柬埔寨西港高速涉及細砂土填筑路基路段取試驗用土，取土深度約2 m，顆粒相對密度為Gs=2.59 g/cm3，最大干密度ρd=1.76 g/cm3，最優含水率ωopt=13.5%，粘粒含量較少，粘性低，基本無塑性。采用顆粒分析試驗確定擾動砂土的級配曲線如圖1所示。

顆粒組成集中在0.25 mm～0.075 mm，顆粒組成單一，分選性一般，級配不良，按JTG E40—2007公路土工試驗規程[2]的分類，試驗用土屬細砂土。

1.2 水泥材料

試驗所用水泥為32.5(R)礦渣硅酸鹽水泥。性能指標：安定性合格；初凝時間4.5 h，終凝時間6.67 h；7 d抗折強度4.6 MPa，28 d抗折強度4.6 MPa；7 d抗壓強度21.0 MPa,28 d抗壓強度30.0 MPa。

2 試樣制備及試驗過程

2.1 試樣制備

計算試驗所需試樣質量，將烘干后的細砂土過2 mm篩。取部分素土按最優含水率ωopt=13.5%加水攪拌后密封24 h。其他部分作為水泥改良土試驗材料，水泥摻入比按2%，4%，6%，摻入比=(摻入水泥質量/烘干后細砂質量)×100%。取其他部分烘干后的細砂土分成三部分，為使摻入水泥后的試樣含水率相同，分別按最優含水率ωopt=13.5%的102.1%，104.2%，106.4%倍加水攪拌后同樣密封24 h，待燜料完成后按不同水泥摻入比量取水泥，摻入上述3種不同含水率的土樣中攪拌均勻。

分別將素土及不同水泥摻入比的土料制成直徑3.91 cm，高8 cm試樣，壓實度控制在95%。試樣制好后用保鮮膜包裹好，放在標準養護室養護。

2.2 試驗方案

無側限抗壓強度試驗所用儀器TSZ-6A型應變控制式三軸儀，應變速率為4 mm/min。

無側限抗壓試驗的破壞強度選擇：當應力—應變關系曲線有峰值時選擇峰值強度為抗壓強度；當應力—應變關系曲線無峰值或峰值不明顯時，取軸向應變為15%所對應的強度為抗壓強度[2]。

干濕循環的實現：將素土試樣及養護期為28 d的3種水泥摻入比的試樣采用抽真空飽和24 h，取出試樣放入自然條件下風干，按30%失水率控制。對于多次干濕循環的試樣，重復上述過程，直到滿足試驗要求循環次數為止。

素土的無側限抗壓強度試驗：將素土分別按0，1，2，4，6次干濕循環進行無側限抗壓試驗。

水泥改良細砂土的無側限抗壓強度試驗：改良土的試驗分兩部分，首先對不同養護齡期的試樣進行無側限抗壓強度試驗，養護齡期分別為0 d，3 d，7 d，14 d，28 d；后對養護齡期28 d后的試樣進行干濕循環，過程同上。將養護28 d后的水泥改良土試樣，按1，2，4，6次干濕循環進行無側限抗壓試驗。

上述相同條件試驗個數不少于3個，取平均值作為試驗結果。

3 試驗結果及分析

3.1 素土的無側限抗壓強度

細砂土試樣在0，1，2，4，6次干濕循環下進行無側限抗壓試驗，結果如圖2所示。

細砂土中含少量的粘粒，具有較低的粘聚力，未經干濕循環試樣無側限抗壓強度還不足0.15 MPa。經1次干濕循環后試樣無側限抗壓強度降低21%，說明試樣在1次干濕循環后試樣內部結構發生變化，強度降低，但1次干濕循環還不足以使試樣完全失去強度。經2次干濕循環后的試樣，試樣的外觀已經有明顯變化，試樣有脫皮現象。此時強度已經降到了未經干濕循環的1/3以下，試樣基本失去強度。經3次干濕循環后的素土試樣已完全無法進行強度試驗，可以認為無側限抗壓強度為0。證明處于季風性熱帶氣候區的柬埔寨西港高速無法使用未經改良的細砂土作為路基填料。

3.2 養護齡期對水泥改良細砂土的無側限抗壓強度影響

取水泥摻入比為2%，4%，6%的改良土試樣進行齡期0 d，3 d，7 d，14 d，28 d的無側限抗壓強度試驗。試驗結果如圖3所示。

經過改良的細砂土制成試樣立即進行無側限抗壓強度試驗，測得的無側限抗壓強度較素土稍有提高，但強度很低，說明此時水泥還沒有進行水化反應。改良細砂土的強度隨著養護齡期28 d內的增加緩慢增加，3種不同摻入比的改良土在7 d齡期內強度的增長速率較快，在7 d之后隨著齡期的延長，強度的增長速率減緩。

在28 d時3種摻入比的改良土與素土試驗強度之比：2%摻入比為5倍；4%摻入比為7.5倍；6%摻入比為9倍。

28 d養護齡期6%水泥摻入比是2%水泥摻入比改良細砂土試驗強度的2倍。

3.3 干濕循環對水泥改良細砂土的無側限抗壓強度影響

水泥摻入比為2%，4%，6%的改良土在養護齡期28 d后進行干濕循環試驗。取0，1，2，4，6次干濕循環無側限抗壓試驗結果，繪制循環次數與強度變化關系圖。

同時將素土干濕循環對強度的影響曲線作為比較，如圖4所示。

干濕循環后3種摻入比的改良土強度都有一定程度降低，由于水泥的膠結作用使土體內部發生變化，砂粒起到了骨架作用，但土粒間含有少量的粘粒在由干到濕的過程中改良土也具有了吸水膨脹，失水收縮[4]，造成土體內部產生微裂縫，并隨循環次數增加微裂縫不斷發展，降低土體強度。

從試驗數據可以看出在第1次干濕循環后3種配比改良土的強度下降都很明顯。那么第1次干濕循環過程土體內部破壞明顯，造成強度降低；而2次干濕循環后3種改良土的無側限抗壓強度趨于穩定。說明2次循環后改良土體內部微裂縫已經擴展到一定程度，抗壓強度主要由水泥的膠結作用和細砂形成骨架承擔，改良土由干濕循環的破壞趨勢減弱，從而使2次干濕循環后改良土強度衰減隨干濕循環次數的增加逐漸趨于穩定。而摻入比為2%水泥改良土經過6次干濕循環后的強度是素土未經干濕循環的強度的2倍，證明經過水泥改良后的細砂土不但強度增加，且對干濕循環的抵抗能力也明顯增強。

4 結論與展望

1)柬埔寨西港高速公路不能直接使用細砂土作為路基填料。若使用必須對其進行改良。

2)相同條件下水泥改良細砂土的強度隨水泥摻入比的增加增強。隨養護齡期的延長水泥改良土的強度緩慢增長。2%，4%，6%水泥摻入比改良細砂土28 d試驗強度分別是未改良細砂土試驗強度的3.5倍，5倍，7倍，改良后土體強度明顯增加。且在養護7 d內強度增長速率較7 d后的增長速率大。3種不同摻入比的改良土7 d的養護齡期改良土試樣的強度已經達到28 d強度的70%以上，對節省施工時間有著重要意義。

3)水泥改良細砂土有效抵抗干濕循環對強度的影響。在2次干濕循環后改良土強度基本達到穩定狀態。

4)本文未對改良土受壓破壞時變形的變化進行探討，高速公路路基作為公路的主要受力結構，對其變形有很高的要求。而公路運營期間路基不但承受結構層等靜荷載，還要承受車輛施加的動荷載。那么對于動荷載作用下水泥改良細砂土的力學性質水泥及改良細砂土的應力應變特征還有待進一步研究。

[1] 唐玉龍.大何鐵路路基水泥改良粉細砂填料的試驗研究[J].鐵道標準設計，2012(6)：24-27.

[2] JTG E40—2007，公路土工試驗規程[S].

[3] 陳偉東,陳 偉,劉運蘭.水泥穩定碎石無側限抗壓強度影響因素實驗研究[J].施工技術，2014，43(11)：72-75.

[4] 王建華，高玉琴.干濕循環過程導致水泥改良土強度衰減機理的研究[J].中國鐵道科學，2006，5(27)：23-25.

Influential study on the impact of dry-wet cycling upon cement improving fine sandy-soil strength

Wang Pengtao1Zhang Jiannan2

(1.China Highway & Bridge Engineering Co., Ltd, Beijing 100011, China;2.Zhongzi Taike Traffic Engineering Co., Ltd, Beijing 100083, China)

Taking Xigang highway in Cambodia as the engineering background, starting from aspects of mixing ratio, concrete age, and dry-wet cycling times, the paper carries out unconfined compressive strength test for the improved fine sandy-soil, analyzes soil compressive strength and deformation law of cement improving fine sandy-soil strength under different conditions, and finally achieves the basic mechanical characteristics of cement improving fine sandy-soil.

cement, sandy-soil, compressive strength, dry-wet cycling, subgrade

1009-6825(2016)12-0097-02

2016-02-19

王鵬濤(1981- )，男，工程師

TU411.6

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