水泥土配合比設計有關參數的理解與應用

李萼雄 賓武

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司）

1 水泥土的工程用途

水泥土采用水泥作為固化劑加固土體，將水泥和土以及其它組分（如外加劑）按適當比例混合、拌制并經硬化而成混合體，常用于道路路面基層、地基加固、基礎夯土和鋪墊、護坡修筑、襯砌灌注等工程，具有經濟耐久、就地取材、施工簡便等優點，并以其施工期短、可加固深度大、處理效果好等特點廣泛應用在軟弱地基加固處理工程中。

2 水泥土配合比設計的意義

水泥土配合比設計是根據原材料性能及確定的水泥摻入比計算各材料用量，并經試驗室內試配、調整，確定水泥土各材料質量比的過程。隨著水泥土在工程中的廣泛使用，水泥土配合比設計試驗在工程中的作用越顯重要，在一定程度上決定了處理方案的經濟性、合理性。《水泥土配合比設計規程》（JGJ/T 233-2011）在試驗研究的基礎上，參考相關技術資料和標準規范，統一了水泥土配合比設計中常用的水泥土相關參數的室內試驗方法。按照該規程開展配合比設計及相關物理力學性能試驗，可論證設計的合理性，并為工程建設尋求更加經濟、合理的材料組成配方及合理的施工參數提供理論依據。

3 水泥土配合比設計有關參數的理解

《水泥土配合比設計規程》（JGJ/T 233-2011）明確了水泥土配合比設計的基本原理，即在室內應采用風干土樣（既非原狀土，也非烘干土）進行拌制和相關性能試驗，在此基礎上，確定配合比設計參數。室內試驗中的一項基礎工作就是要確定風干土樣所需的水泥用量和加水量。依據該規程，水泥用量和加水量計算公式如下：

式中：

mc——水泥用量（㎏）；

mw——加水量（㎏）；

w——土的天然含水率（%）；

w0——風干土的含水率（%）；

αw——水泥摻入比（%）；

m0——風干土質量（㎏）；

μ——水泥漿水灰比。

其中涉及到兩個基本參數，即水泥摻入比和水泥漿水灰比。水泥摻入比指摻入的水泥質量與被加固土的濕質量之比；水泥漿水灰比指用于加固土體的水泥漿中水與水泥的質量比。需要注意的是，水泥摻入比是針對天然土體（而非室內風干土樣）的水泥摻入量而言；水灰比則是針對加固用的水泥漿中的水分（不含土體中的水分）與水泥的比例而言。顯然，這種表達便于現場施工時針對天然土體使用?；谶@些參數的含義，在計算風干土樣的水泥用量和加水量時，必須考慮風干土樣與天然土體含水量的差異。

上述計算公式看似較為復雜，特別是初次接觸時可能不易理解。為便于掌握水泥土配合比設計中各參數的內在邏輯關系，筆者依據前述公式進行了推導，可得出水泥摻入比和水泥漿水灰比的顯性表達式：

式中，

mw1——濕土中的水質量（㎏）；

mw2——風干土中的水質量（㎏）。

mw1、mw2對應同一份土不同狀態（天然狀態、風干狀態）的含水量。

根據該公式可以進一步理解為，室內風干土試驗計算加水量時，需多加一部分水，用以補償風干土樣與天然土體含水量的差值，即室內配合比設計是模擬“水泥漿（水:水泥=μ）+天然土（風干土樣+ 補償水）”狀態下，進行試件制作和物理力學性能試驗。

4 水泥土配合比設計應用實例

4.1 水泥土配合比設計試驗結果

某工程地基采用水泥土攪拌樁處理，開展水泥土配合比試驗，其設計要求如下：水灰比0.45～0.55，水泥摻入比基準值18%，水泥土28 天抗壓強度R28≥1.0MPa。經取其原狀態土進行試驗，其土體天然含水率為41.0%，土體濕密度為1.723g/cm3；室內試驗時風干土的含水率為3.0%。配合比設計試驗數據如表1。

4.2 水泥土與水泥混凝土、水穩基層配合比設計有關參數的比較

對表1 中的數據分析可以發現，如果僅僅依據室內試驗用混合料中水泥、風干土、水三者的用量，在不知曉天然土含水率、風干土含水率的情況下，并不能直接求算出對應水泥土的水泥摻入比、水泥漿水灰比等基本參數。這點與水泥混凝土配合比、水泥穩定碎石基層配合比設計均不同。在水泥混凝土配合比設計中，按照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2011），根據混合料中各組分（膠凝材料、集料、水）用量，可直接求算出水灰比參數；在水泥穩定碎石基層配合比設計中，按照《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015），根據水泥、碎石的用量，也很容易求算出水泥劑量參數。這三種混合料配合比設計有關參數比較如表2。

表2 不同混合料配合比設計有關參數的比較

以表1 中混合料各組分材料用量數據為例，如按照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2011）的理解，三種適配比例對應三種水灰比，分別為：2.30、2.00、1.78；如按照《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）的理解，3 種適配比例對應3 種水泥劑量，分別為：20.5%、24.6%、28.7%?？梢?，《水泥土配合比設計規程》（JGJ/T 233-2011）中的“水泥漿水灰比”、“水泥摻入比”含義與此不同。結合上述實例理解，水泥土試驗中的水可分作兩部分，其中第一部分是配制水泥漿所需水量，第二部分則是把風干土還原成天然土所需水量。水泥摻入比并非水泥質量與風干土質量的比值，而是水泥質量與將風干土加水還原成天然土質量的比值；水泥漿水灰比并非加水量與風干土質量的比值，而是加水量扣除第二部分水質量后與水泥質量的比值。

表1 水泥土配合比設計試驗結果（實例）

5 結語

按照《水泥土配合比設計規程》（JGJ/T 233-2011），考慮天然土體與風干土樣含水量的差異，在室內以風干土樣摻入水泥和水，進行水泥土混合料的配制及物理力學性能試驗，在此基礎上提出應用于工程實際中的材料組成比例。通過對該規程中有關計算公式的解讀及配合比設計實例分析，有助于準確理解水泥土配合比設計基本參數的物理意義，促進其正確運用。建議規程中增加關于水泥摻入比和水泥漿水灰比的顯性表達式，更有利于技術人員的理解和把握。

水泥土配合比設計時要掌握天然土體與室內風干土樣含水量的差異。由于現場天然土體的含水量不均或隨時間可變性大，現場取樣時要注意樣品的代表性，取得的土樣應妥善密封，防止水份散失，在準確測定其含水率的基礎上開展配合比設計試驗，以保證配合比設計成果切合現場實際情況。