水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和電阻率的試驗(yàn)研究*

趙文晶 董曉強(qiáng)

水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑,通過特制的深層攪拌機(jī)械,在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌,固化劑和軟土便產(chǎn)生了一系列物理和化學(xué)作用,能使軟土固結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體的地基處理方法[1]。這種方法施工簡單、成本較低、效果較好,近十幾年來在地基處理領(lǐng)域發(fā)展迅速,得到了廣泛研究和應(yīng)用[2-4]。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)對兩種類型的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及電阻率的變化規(guī)律進(jìn)行了探討,最后對水泥土強(qiáng)度和電阻率變化機(jī)理進(jìn)行了淺析。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用粉土,取自太原市某工地,將土樣風(fēng)干粉碎后過2.0 mm篩,采用太原獅頭水泥集團(tuán)生產(chǎn)的水泥。試驗(yàn)基本方案見表1。根據(jù)配比將粉干土、水泥、水放在攪拌機(jī)內(nèi)充分?jǐn)嚢?然后裝入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm試模,手工壓注成型,振動(dòng)密實(shí),靜置24 h后脫模編號,送到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7 d,14 d,28 d,60 d,90 d。

表1 水泥土試驗(yàn)的基本方案

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

水泥土在7 d,14 d,28 d,60 d,90 d不同齡期下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和電阻率試驗(yàn)結(jié)果見表2,相互關(guān)系見圖1～圖3。

表2 水泥土的試驗(yàn)結(jié)果

2.1 抗壓強(qiáng)度與齡期的關(guān)系

由圖1可知:1)無論普通硅酸鹽水泥土試塊還是礦渣硅酸鹽水泥土試塊,其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu均隨著齡期對數(shù)的增加而成線性函數(shù)增大,且相關(guān)性較好;2)礦渣硅酸鹽水泥土試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均高于普通硅酸鹽水泥土試塊,且礦渣硅酸鹽水泥土試塊的直線斜率均大于普通硅酸鹽水泥土試塊,這說明礦渣硅酸鹽水泥可以提高水泥土強(qiáng)度和硬化速率。回歸方程見式(1),式(2)。

普通硅酸鹽水泥:

礦渣硅酸鹽水泥:

2.2 電阻率與齡期的關(guān)系

由圖2可知:1)無論普通硅酸鹽水泥土試塊還是礦渣硅酸鹽水泥土試塊,其水泥土電阻率ρs均隨著齡期對數(shù)的增加而成線性函數(shù)增大,且相關(guān)性較好;2)礦渣硅酸鹽水泥土試塊的電阻率ρs均高于普通硅酸鹽水泥土試塊,且礦渣硅酸鹽水泥土試塊的直線斜率均大于普通硅酸鹽水泥土試塊,這說明礦渣硅酸鹽水泥可以提高水泥土電阻率增長速率;3)水泥土電阻率同無側(cè)限抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律,這為建立水泥土電阻率與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系提供了可能。回歸方程見式(3),式(4)。

普通硅酸鹽水泥:

礦渣硅酸鹽水泥:

2.3 抗壓強(qiáng)度與水泥土電阻率的關(guān)系

由圖3可知:水泥土試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著其電阻率的增加成線性增長關(guān)系,具有較好的相關(guān)性,這說明可以通過水泥土的電阻率來反映無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,為水泥土質(zhì)量檢測提供了一種方便無損的方法。回歸方程見式(5)。

抗壓強(qiáng)度與水泥土電阻率的關(guān)系:

2.4 兩種水泥土的抗壓強(qiáng)度對比

以上試驗(yàn)中的水泥土試塊采用了普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥兩種不同類型的水泥來攪拌,從試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析可以看出,水泥類型與水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的大小有關(guān)。可見礦渣硅酸鹽水泥可以提高水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,齡期越長越明顯。

3 化學(xué)機(jī)理分析

水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期發(fā)生變化,主要原因在于其發(fā)生了以下的化學(xué)反應(yīng)[3]:

不論何種類型的水泥土電阻率均隨著齡期的增加而增加,這是由于隨著齡期的增加,水泥的水化水解反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行,使水泥土含水量降低,水泥硅酸鈣管狀纖維不斷生長并充斥于孔隙中,孔隙比降低,密實(shí)度提高,所以水泥土電阻率增大。水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著其電阻率的增加而增大,這是由于水泥土強(qiáng)度越高,土顆粒之間的連接就越緊密,孔隙比就越小,孔隙的連通性變差,降低了孔隙的整體導(dǎo)電性,使水泥土的電阻率升高。

4 結(jié)語

1)無論普通硅酸鹽水泥土試塊還是礦渣硅酸鹽水泥土試塊,其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和電阻率均隨著齡期對數(shù)的增加而成線性函數(shù)增大,且相關(guān)性較好;2)水泥土試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著其電阻率的增加成線性增長,具有較好的相關(guān)性;3)各個(gè)齡期下礦渣硅酸鹽水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和電阻率均高于普通硅酸鹽水泥土,齡期越長越明顯;4)齡期變化導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)發(fā)生變化,最終影響水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和電阻率。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 曾芳金,沈羽中,王 軍.水泥土工作機(jī)理試驗(yàn)研究[J].河南科學(xué),2004,22(4):528-530.

[3] 劉松玉,錢國超,章定文.粉噴樁復(fù)合地基理論與工程應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[4] 董曉強(qiáng),白曉紅,趙永強(qiáng),等.硫酸侵蝕下水泥土的電阻率特性研究[J].巖土力學(xué),2007,28(7):1453-1459.

[5] 韓鵬舉.無機(jī)化合物對粉土及水泥土腐蝕作用的試驗(yàn)研究及耐久性評估[D].太原:太原理工大學(xué),2008.