水泥改良自重湿陷性黄土耐久性研究.pdf

为探究水泥改良后的自重湿陷性黄土的耐久性，通过无侧限抗压试验分析压实度、水泥掺量、养护时长、干湿循环次数等因素对改良土水稳定性和耐干湿性的影响，试验结果表明：改良土水无侧限抗压强度随压实度和水泥掺量增大而增大，随养护时长增大而呈先增大后减小的趋势。水稳系数增长幅度随着压实度和养护时间的增加而变小，其压实度宜控制在 之间，水泥掺量宜控制在 之间，养护时间宜在 之间。改良土的无侧限抗压强度随干湿循环次数增加而降低；在干湿循环次数相同的条件下，其耐干湿性随掺入水泥量增大而增大，而掺入水泥量小的改良土抗压强度衰减速度较快。关键词：自重湿陷性黄土；水泥改良；水稳定性；干湿循环中图分类号：犜 犝 文献标识码：犃 引言现今我国为建成西部陆海新通道，西北地区的公路交通建设方兴未艾然而我国西北部分地区存在一种特殊的黄土，具有遇到水浸湿后会因上盖覆土自重而发生发生显著沉降变形不良工程特性，即自重湿陷性为解决湿陷性黄土在作为路基填料的时带来的危害，国内外许多专家学者进行了许多相关研究王建良等通过直剪试验和 试验分析了掺入水泥量对自重湿陷性良黄土的影响，试验结果表明改良黄土随水泥掺量的增加抗剪强度和承载比都会增大；尚思伯等通过击实试验和压缩试验研究了水泥和石灰改良黄土的物理特性，试验结果表明随水泥或石灰掺量增大，改良黄土的弹性模量、最佳含水量和最大干密度都呈增大趋势；刘霜等在侧向无约束的条件下对比分析水泥及 型固化剂对改良黄土抗压强度的影响，结果表明改良土试样抗压强度随水泥含量及养护龄期的增大而增大张鸿迪等通过三轴压缩试验研究了复合材料改良湿陷性黄土抗剪强度的影响，试验结果表明不同掺量的改良黄土抗剪强度破坏符合摩尔库伦破坏原则，且其内粘聚力和内摩擦角随掺量增大而增大；王飞等通过压缩实验研究了压实度与干湿循环对黄土湿陷特性的影响，试验结果表明未经干湿循环的黄土湿陷性系数随压实度的增大而减小，而经过干湿循环后黄土湿陷性系数随压实度的增大而变大，且增加干湿循环次数后黄土湿陷性系数会进一步增大刘晶磊等对土凝岩改良的盐渍土进行击实试验和无侧限抗压试验，发现随着土凝岩掺量的增加，改良盐渍土的抗压强度和最优含水率对应的干密度不断减小袁志辉等通过单轴抗拉实验和在不固结不排水条件下进行的三轴实验，并分析了干湿循环次数对湿陷黄土强度的影响，试验结果表明随干湿循环次数增加湿陷性黄土抗拉强度和抗剪强度都呈减小趋势上述研究成果主要是从湿陷性黄土改良后力学特性方面进行研究，但是对改良土的水稳定性及耐干湿性研究尚有不足为探究水泥改良湿陷性黄土做路基材料而受雨雪天气影响后的耐久性，本文通过无侧限抗压试验对压实度、水泥掺量、养护时长等变量因素进行分析，以水稳系数评价衡量改良黄土水第 卷 第期 年月河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报犑 犗 犝 犚 犖 犃 犔犗 犉犎 犈 犅 犈 犐犐 犖 犛 犜 犐 犜 犝 犜 犈犗 犉犃 犚 犆 犎 犐 犜 犈 犆 犜 犝 犚 犈犃 犖 犇犆 犐 犞 犐 犔犈 犖 犌 犐 犖 犈 犈 犚 犐 犖 犌犞 狅 犾 犖 狅 犑 狌 狀 稳定性；并通过干湿循环试验研究掺入水泥量的大小对改良黄土在无侧限约束条件下的抗压强度影响，从而为水泥改良湿陷性黄土的耐久性工程应用提供相应依据 试验材料与方案 试验材料试验用土取自青海地区公路路基，为自重湿陷性黄土试验水泥为 水泥，具体的参数性能如表所示表试验水泥性能参数抗压强度（）抗折强度（）初凝时间（）终凝时间（）试验方案为探究影响水泥改良湿陷性黄土耐久性的因素，依据相关公路规范，以压实度、水泥掺量、养护时长为变量设定、号试验方案进行水稳定性研究；并进一步以水泥掺量、干湿循环次数为变量设定号试验方案进行耐干湿性研究试验方案如表所示表水泥改良自重湿陷性黄土耐久性试验方案试验方案养护时长（天）水泥掺量（）改良土压实度（）干湿循环次数（次）号 、号 、号、号 、试验方法由试验方案中设计的不同水泥掺量和不同压实度进行配土，通过静压法将配置好的改良土压成直径和高度都是 圆柱状试件在压制步骤完成后要进行为时 的标准养护，温度控制在 之间，湿度等于或大于 依据试验方案中的目的，将试验分两部分完成第一部分，将、号方案的试件分为浸水组和不浸水组，不浸水组则依据试验方案，持续标准养护至要求时间；而需要浸水的试件则要放入高于试件顶部 的水中、且温度恒为 水中，持续养护至要求时间其次应将改良土试样切削成无侧限抗压试件的标准尺寸，同时为了防止试件含水率发生改变，应将其表面均匀地被涂上一层凡士林接着不宜过快地转动仪器手轮以使被安放好试件的仪器底座缓慢上升，当试样碰到上方的加压板刚时而完成转动步骤为避免因试件太硬而超出测力计量程或因试件太软而测力计量程过大导致分辨率过低，应选择量程适宜的测力计并校零然后转动手柄，使升降设备上升进行试验转动速度应通过轴向应变速度控制，为 ；并且读数频率也应根据轴向应变控制，比如当轴向应变小于时，读数频率为每 应变而读数一次，当轴向应变大于时，读数频率为每隔应变而读数一次在 以内停止转动手轮最后绘制应力应变曲线已得到相应试件的无侧限抗压强度，并以水稳系数（即浸水组无侧限抗压强度与不浸水组无侧限抗压强度之比）评价衡量改良土水稳性变化第二部分，在温度为 的条件下，将号方案的试件进行 小时的烘干，之后以浸水组同样的养护方式将试件浸湿 ，即完成一次干湿循环重复干湿循环直到预设的循环次数后，将试件放置室内晾干 分钟后，重复无侧限抗压试验步骤得到相应干湿循环后试件的抗压强度 试验结果分析 水稳定性试验分析根据号试验方案探究压实度与改良土的水稳定性的相互关系，结果如图所示河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷图水稳系数随压实度变化规律图由图知，当压实度增大后水稳系数亦随之增大，当压实度在 时，水稳系数增长速度较快；当压实度达到 后，水稳系数增长趋势趋于平缓这说明土体压实效果越好，土体中孔隙越小，土体渗透性越低，当土体遇水浸湿后其抗压强度损失越小，故水稳定性越好根据号试验方案探究水泥掺量对改良土水稳定性的影响进行试验，试验结果详见图图水稳系数随水泥掺量变化规律图从图可知，当水泥掺量变量增大时，水稳系数曲线呈上升趋势当水泥掺量在时，水稳系数增长幅度较小；当水泥掺量在 时，水稳系数增长速率变大这说明土体水泥掺量增大后，改良土体内将发生更多的水化反应，从而生成更紧密的网状结构和水稳定板体凝结改良土体，遇水后崩解软化影响越小，其水稳定性越好根据号试验方案探究养护时长对改良土水稳定性的影响进行试验，试验结果详见图图水稳系数随养护时长期变化规律图第期张伯扬 等水泥改良自重湿陷性黄土耐久性研究从图可知，当养护时长在 时，土体水稳性随养护时长增大而减小；当养护时长达到 时，水稳定系数降至最小值为 在养护时间达到 之后水稳定系数变化趋势发生转折，土体水稳性随养护时长增大而增大当养护时间在 之间，水稳定系数增长速度较快；而在 之间，水稳定系数增长趋势趋于平缓这表明水泥颗粒在改良土中发生水硬化发应，并在 之后逐渐凝固形成致密的网状结构，使改良土形成稳定的凝结板体，故水稳定系数随养护时间增大而增大在养护时间为 的条件下，水泥改良湿陷性黄土水稳定系数随压实度、水泥掺量和养护时间的增大而增大但随着压实度和养护时间的增加，水稳系数增长幅度变小综合考虑经济性与工期，水泥改良湿陷性黄土的压实度宜控制在 之间，水泥掺量宜控制在 之间，养护时间宜在 之间 干湿循环试验分析由号试验方案探究干湿循环数对不同掺入水泥量的改良土在 后无侧向约束条件下的抗压强度影响，试验结果详见表和图表不同掺入水泥量试件在干湿循环条件下无侧限抗压强度试验结果干湿循环次数次天无侧限抗压强度 掺入水泥量 掺入水泥量掺入水泥量 图干湿循环次数与 后无侧限抗压强度规律图从图可知，伴随着干湿循环次数的增大，改良黄土的 无侧限抗压强度将不断衰减这是因为改良后的湿陷性黄土遇到雨水就会发生湿陷变形，土体内固体颗粒间相对位置也会发生改变，致使内部相对稳定的土体结构受到破坏当干湿循环次数增加，土体结构破坏越严重，从而其无侧限抗压强度衰减就越多其中当干湿循环次数达到 次后，水泥掺量为 、的改良土抗压强度衰减幅度依次为 、，表明当掺入水泥量越大则改良土抗压强度衰减越快，而随着水泥掺量的增大改良土的耐干湿性增强 结论本文通过水稳定性试验与干湿循环试验探究掺入水泥量、压实度、养护龄期、干湿循环次数等因素对水泥改良自重湿陷性黄土的耐久度影响，基于试验得到以下结论：（）水泥改良自重湿陷性黄土水稳定性随压实度、掺入水泥量增大而增大；随养护时长增大呈先增河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷大后减小的趋势，并在 之后水稳系数曲线缓慢上升趋向平稳（）水稳系数增长幅度随着压实度和养护时间的增加而变小综合考虑经济性与工期，水泥改良湿陷性黄土的压实度宜控制在 之间，水泥掺量宜控制在 之间，养护时间宜在 之间（）改良土的无侧限抗压强度随干湿循环次数增加而降低；在干湿循环次数相同的条件下，其耐干湿性随掺入水泥量增大而增大，且掺入水泥量大的改良土在侧向无约束条件下的抗压强度衰减速度较快参考文献 王建良青海地区水泥改良黄土技术与性能研究公路 （）：尚思伯水泥石灰改良黄土及工程应用试验研究西安：长安大学，刘霜，吴仁悠，张婧，等水泥及 型固化剂改良黄土强度的试验研究江苏建材，（）：张鸿迪黄土地区高速铁路路基填料的改良试验研究兰州：兰州交通大学，王飞，李国玉，穆彦虎，等干湿循环作用下压实黄土湿陷特性试验研究冰川冻土，（）：刘晶磊，魏宝川，杨烁土凝岩改良盐渍土无侧限抗压强度试验研究河北建筑工程学院学报，（）：袁志辉干湿循环下黄土的强度及微结构变化机理研究西安：长安大学，中华人民共和国交通部公路工程无机结合料稳定材料试验规程：北京：人民交通出版社，中华人民共和国交通运输部公路路面基层施工技术细则：北京：人民交通出版社，犛 狋 狌 犱 狔狅 狀犱 狌 狉 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔狅 犳 犮 犲 犿 犲 狀 狋 犻 犿 狆 狉 狅 狏 犲 犱狊 犲 犾 犳狑 犲 犻 犵 犺 狋 犮 狅 犾 犾 犪 狆 狊 犻 犫 犾 犲 犾 狅 犲 狊 狊犣 犎 犃 犖 犌犅 狅 狔 犪 狀 犵，犡 犐 犃犅 犻 狀，犔 犐 犝犡 犻 犪 狅 犼 狌 狀，犔 犐 犝犼 犻 狀 犵 犾 犲 犻，（，；，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，；，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；第期张伯扬 等水泥改良自重湿陷性黄土耐久性研究