污染環(huán)境對(duì)水泥土力學(xué)性能影響研究

王 妍 趙國(guó)榮

(中航勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100098)

1 概述

水泥土攪拌樁利用機(jī)械將水泥固化劑與地基土強(qiáng)制攪拌，使軟土地基與水泥土相互作用，從而硬結(jié)成具有水穩(wěn)定性、整體性和一定強(qiáng)度的樁體[1]。水泥土是地基土與水泥固化劑中的物質(zhì)成分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而形成的復(fù)合體，水泥土可提高地基土的抗壓強(qiáng)度與土體的抗?jié)B性，減少地基土的變形[2]。

水泥土攪拌樁具有施工方法簡(jiǎn)便、性能良好，而且其取材廣泛、工程造價(jià)低、施工過(guò)程中無(wú)振動(dòng)和噪聲、對(duì)周圍建筑物無(wú)有害影響等優(yōu)點(diǎn)[3]，使水泥土攪拌樁施工工藝廣泛的應(yīng)用在地基加固、公路基層處理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域[4]，取得了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[5]。

而在實(shí)際工程中水泥土常常處于海水、生活污水、礦井水、工廠廢水等被污染的環(huán)境之中。在這些侵蝕環(huán)境之下，水泥土的變形特征、承載能力、力學(xué)性能和耐久性等性能都會(huì)受到影響[6-8]。

因此在工程的設(shè)計(jì)和施工時(shí)都要考慮到這方面的變化。本文通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，考慮不同的侵蝕環(huán)境對(duì)水泥土力學(xué)性能的影響，得出水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)材料

水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，土樣選自徐州市某工地的粉土，其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土樣的物理指標(biāo)

對(duì)取樣粉土采用顆粒分析實(shí)驗(yàn)，當(dāng)顆粒粒徑大于0.075 mm時(shí)運(yùn)用“篩分法”，當(dāng)顆粒粒徑小于0.075 mm時(shí)運(yùn)用“密度計(jì)法”，分析得出取樣粉土的顆粒組成含量見(jiàn)表2。

3 試塊的配置

表2 粉土的顆粒組成

本次實(shí)驗(yàn)所采用的水灰比為0.5，水泥滲入比為20%，將實(shí)驗(yàn)采用的MgSO4,NaOH,NaCl三種侵蝕溶液分成五檔的不同濃度，五檔濃度分別為1.5 g/L,4.5 g/L,9.0 g/L,18 g/L,22.5 g/L。

首先，將五檔不同濃度的侵蝕溶液、取樣粉土以及普通硅酸鹽水泥充分混合，放在(7.07×7.07×7.07)cm3的標(biāo)準(zhǔn)模具中，隨后放在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)1 min，將表面抹平，靜置24 h后，將試塊脫模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

水泥土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7 d,14 d,28 d,60 d,90 d后，對(duì)水泥土試塊進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，獲得應(yīng)力—應(yīng)變曲線以及最大抗壓強(qiáng)度值。

試塊的抗壓強(qiáng)度值是3個(gè)平行試塊測(cè)定值的算數(shù)平均值，當(dāng)試塊的測(cè)定值與平均值差超過(guò)15%時(shí)，則剔除該試塊的測(cè)定值，按余下試塊的測(cè)定值計(jì)算平均值。圖1，圖2為本次實(shí)驗(yàn)所用儀器和設(shè)備。

4.1 MgSO4水泥污染土試塊

水泥土試塊的強(qiáng)度來(lái)源主要包括兩個(gè)方面，一方面是水泥水化產(chǎn)物(CSH)之間的相互膠結(jié)產(chǎn)生的作用。另一方面是因?yàn)樗嗨a(chǎn)生的Ca(OH)2與土中的活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生水化物的膠結(jié)作用，其中水泥水化產(chǎn)物(CSH)之間的相互膠結(jié)產(chǎn)生的作用是強(qiáng)度的主要來(lái)源。

4.2 NaOH水泥污染土試塊

前期高濃度的NaOH水泥污染土試塊的抗壓強(qiáng)度大于低濃度，主要是因?yàn)镹aOH使得水泥污染土中的化學(xué)組分Ca(OH)2和3CaO·Al2O3·6H2O更具穩(wěn)定性，另外NaOH與水泥污染土中的某些化學(xué)組分發(fā)生反應(yīng)，促使水泥加速水化，增加水泥污染土的密實(shí)度。然而隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大NaOH水泥污染土試塊的抗壓強(qiáng)度有降低趨勢(shì)，那是因?yàn)镺H-長(zhǎng)期對(duì)試塊的侵蝕作用，如圖4所示。

4.3 NaCl水泥污染土試塊

隨著NaCl濃度的增高，水泥污染土試塊抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，主要是因?yàn)殡S著侵蝕性Cl-濃度的增高，它對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度負(fù)面影響就越來(lái)越明顯，見(jiàn)圖5。

5 結(jié)語(yǔ)

1)低濃度的Cl-對(duì)于前期水泥污染土試塊的抗壓強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用，但是隨著濃度的增高這種效果越來(lái)越不明顯，甚至低于水泥污染土試塊的抗壓強(qiáng)度。

2)前期隨著OH-濃度的增大，水泥污染土試塊抗壓強(qiáng)度就越來(lái)越大，但是隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大，OH-對(duì)于水泥污染土試塊的侵蝕性就越來(lái)越明顯，導(dǎo)致水泥污染土試塊抗壓強(qiáng)度的降低。

4)不同濃度的MgSO4水泥污染土試塊抗壓強(qiáng)度普遍高于水泥土試塊抗壓強(qiáng)度，NaOH,NaCl水泥污染土試塊的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而且部分濃度的水泥污染土試塊抗壓強(qiáng)度已經(jīng)低于水泥土試塊抗壓強(qiáng)度。

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