侵蝕環境下水泥黃土強度試驗研究

【摘要】本文通過室內無側限抗壓強度試驗，研究不同侵蝕條件下水泥黃土強度隨齡期的變化規律，旨在為水泥黃土在侵蝕環境下的工程設計提供技術支撐。試驗結果表明：水泥黃土在CaSO4溶液、MgSO4溶液、NaOH溶液 、NaCl溶液中同期強度均小于在清水養護中的強度，這說明其中的硫酸根、氫氧根、鈉離子及氯離子對水泥黃土的強度有削減作用，整體為其濃度越大，削減作用越強。齡期越長，削減作用越明顯，其中NaOH、NaCl對水泥黃土強度的削減作用最輕，CaSO4 MgSO4對水泥的削減作用最大；微量的Na2SO4對水泥黃土的強度有正面作用；水泥黃土的強度整體隨齡期的增加而增加，但是隨著時間的增長，這些化學溶液對水泥黃土的侵蝕作用明顯增強，呈現出一種現增加后削減的現象；并得到5種溶液濃度均為22.5g/L時，28d水泥黃土試件的抗壓強度值大小關系。

【關鍵詞】侵蝕；水泥黃土；強度

我國西部地區黃土分布面積較為廣泛，西部地區高級公路地基和建筑地基往往會遇到黃土地基的問題[1]。水泥土技術在實際工程中應用較為廣泛，其也是處理飽和軟黃土地基一種行之有效的方法之一[2]。而地基常期處于地下水、海水等自然環境的侵蝕、重金屬離子及酸堿鹽等化學溶液侵蝕等各類復雜的環境中[3]，其對水泥土地基產生重要影響，這一問題已經受到相關學者的注意。如寧寶寬等研究環境侵蝕下水泥土力學特性 [4-5]；白曉紅等人采用模擬試驗的方法探討了在各種污染環境因素影響下（清水、不同化學溶液、不同濃度等）水泥土力學特性[3]；劉泉聲，柳志平等研究研究海水侵蝕環境下水泥土強度隨齡期的變化規律，建立海水侵蝕環境下水泥土強度性質的溶液濃度-侵蝕時間等效模型，預測海水侵蝕環境下水泥土加固體的耐久性[6-7]。然而在侵蝕條件下水泥黃土的力學性能研究較少，為補充該方面的內容，本文通過室內模擬試驗，研究不同侵蝕條件下水泥黃土強度隨齡期的變化規律。為水泥黃土在侵蝕環境下的工程設計提供技術支撐。

1、試驗

試驗用的水泥為普通硅酸鹽水泥（P.O.42.5），用的土取自西安市長安區地下4m黃土，將土樣風干、捻散，過2mm篩，并按照《土工試驗方法標準》規定進

行了比重試驗、含水量及界限含水量試驗、擊實試驗，其結果參數見表1。

試驗侵蝕溶液的配制是按照《巖土工程勘察規范》規定配制了5種化學溶液，CaSO4、MgSO4、NaCl、NaOH、Na2SO4，其濃度依次為1.5g/L、4.5 g/L、 9 g/L、 18 g/L、 22.5 g/L。

試驗中黃土樣100g、水泥25g和水52ml，用攪拌機攪拌均勻裝膜成型，試件尺寸70.7cm×70.7 cm×70.7 cm，24小時后脫模。為與工程實際相符，采用自然養護的方法，養護7d后將其放入不同化學溶液中，并測定3d、7d、14d、28d的抗壓強度，取3個平行試驗的抗壓強度的算術平均值作為該組試塊的抗壓強度。

抗壓強度試驗采用的儀器為電子萬能試驗機。通過測定浸泡過的試件的抗壓強度，研究不同侵蝕條件，不同齡期下水泥黃土抗壓強度的變化規律。

2、試驗結果與討論

2.1 試件外觀變化

觀察水泥黃土試件28d在各種化學溶液中其表現的現象如圖1所示，可以看到：

（1）在MgSO4溶液侵蝕的最嚴重，試件表面發生了軟化、泛白、松散、凸凹不平、棱邊及角處大面積脫落嚴重；

（2）在CaSO4溶液中侵蝕程度中等，試件表面發生軟化、角處脫落較嚴重，掉角面積大；

（3）在Na2SO4溶液中侵蝕程度較輕，試件表面發生軟化、起皮、角處脫落；

（4）在NaCl、NaOH溶液中侵蝕程度最輕，試件表面只發生了軟化、個別試件發生掉角，掉角面積不大。

水泥黃土試件被不同化學溶液侵蝕的總現象是試件表面發生不同程度的軟化、起皮、泛白、角處脫落，有的甚至棱邊及角處脫落嚴重，試件尺寸減少等。

2.2 試驗結果分析

由圖2中的a、b、c、d、e這5個圖中可以看到：

水泥黃土試件被CaSO4、MgSO4 、Na2SO4、NaCl、NaOH這5種化學溶液侵蝕后，分別表現出了不同程度的破壞，但其總的趨勢是溶液濃度越高，試件被侵蝕的時間越長，所測得的水泥黃土試件抗壓強度越低。具體如下：

（1）MgSO4溶液侵蝕的試件，溶液濃度越大，齡期越長，所測得的試件抗壓強度值越低。測得水泥黃土試件在純水中28d抗壓強度值為32. 4MPa，測得MgSO4溶液濃度為22.5 g/L，28d水泥黃土試件抗壓強度為17.9MPa，與純水相比，被MgSO4溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強度值下降了44.75%；

（2）CaSO4、Na2SO4溶液侵蝕的試件，同一齡期下溶液濃度越大，所測得的水泥黃土試件的抗壓強度呈下降趨勢；在同一濃度下齡期越長，所測得的水泥黃土試件抗壓強度呈上升趨勢。分別測得CaSO4、Na2SO4溶液濃度為22.5 g/L，28d水泥黃土試件抗壓強度分別為26.5MPa、30.1 MPa，與純水相比，被CaSO4、Na2SO4溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強度值分別下降了18.21%，7.09%；

（3）NaCl、NaOH溶液侵蝕的試件，同一齡期下溶液濃度越大，所測得的水泥黃土試件的抗壓強度呈下降趨勢；在同一濃度下齡期越長，所測得的水泥黃土試件抗壓強度呈下降趨勢。分別測得NaCl、NaOH溶液濃度為22.5 g/L，28d水泥黃土試件抗壓強度分別為30.7MPa、31.2MPa，與純水相比，被NaCl、NaOH溶液侵蝕的水泥黃土試件抗壓強度值分別下降了5.25%，3.70%；

3、結語

（1）水泥黃土在CaSO4溶液、MgSO4溶液、NaOH溶液 、NaCl溶液中同期強度均小于在清水養護中的強度，這說明其中的硫酸根、氫氧根、鈉離子及氯離子對水泥黃土的強度有削減作用，整體為其濃度越大，削減作用越強。齡期越長，削減作用越明顯，其中NaOH、NaCl對水泥黃土強度的削減作用最輕，CaSO4 MgSO4對水泥的削減作用最大；微量的Na2SO4對水泥黃土的強度有正面作用；水泥黃土的強度整體隨齡期的增加而增加，但是隨著時間的增長，這些化學溶液對水泥黃土的侵蝕作用明顯增強，呈現出一種現增加后削減的現象。

（2）CaSO4、MgSO4 、Na2SO4、NaCl、NaOH這5種化學溶液侵蝕的水泥黃土試件，溶液濃度均為22.5 g/L，28d抗壓強度值大小關系為：MgSO4溶液侵蝕試件的抗壓強度值 >CaSO4溶液侵蝕試件的抗壓強度值> Na2SO4溶液侵蝕試件的抗壓強度值>NaCl溶液侵蝕試件的抗壓強度值>NaOH溶液侵蝕試件的抗壓強度值。

參考文獻：

[1] 俞永華，楊曉華. 水泥黃土力學特性試驗[J]. 長安大學學報（自然科學版），2003，23（6）：29-32.

[2] 周建民，張國澎.深層攪拌樁處理飽和黃土地基的應用研究[J].甘肅工業大學學報， 2001，27（1）： 89—92.

[3] 白曉紅，趙永強，韓鵬舉.污染環境對水泥土力學特性影響的試驗研究[J].巖土工程學報，2007，29（8）：1260-1263.

[4] 寧寶寬，陳四利，劉斌. 環境侵蝕下水泥土力學特性的時間效應分析[J]. 水文地質工程地質，2005，2： 82–86.

[5] 寧寶寬.環境侵蝕下水泥土損失破裂試驗及其本構模型[D].沈陽：東北大學，2005，2-5.

[6] 劉泉聲，柳志平，程勇，賈瑞華.水泥土在侵蝕環境中的試驗研究和等效分析[J].巖土力學，2013，34（7）：1854-1860.

[7] 柳志平. 海水侵蝕環境下水泥土的力學性質試驗研究及耐久性分析[D].武漢：武漢大學，2013.