軟化時間對水泥土強度特性影響試驗研究

劉文曦，吳興杰，趙峰，周豪，解子健

（滁州學院土木與建筑工程學院，安徽 滁州 239000）

1 引言

水泥土是通過把水泥和土壤混合均勻，并且加入一定量的水制造的材料[1]。由于水泥土的生產材料來源十分廣泛且生產成本較低，因此在道路墊層、基坑支護、堤壩護坡等工程上經常使用水泥土作為建造材料[2,3]。近年來，國內外學者對水泥土力學特性、滲透特性以及化學腐蝕等方面進行了大量的試驗研究；郝巨濤[4]、Consoli等[5]試驗測試了水泥土的力學特性；陳四利等[6，7]、鄔尚贇[8]、梅君[9]等研究了水泥土在凍融、干濕循環和海淡環境下的力學性能。

水泥土的工程應用特點,使其經常處于含水量較高，甚至是長時間被水浸沒的環境中。在此環境中的水泥土，力學特性可能會受到水的軟化影響。本文通過室內模擬研究了水軟化影響下水泥土的力學特性,在不同軟化時間條件下,對水泥土進行單軸抗壓、抗折試驗。

2 試驗方案

2.1 水泥土的試驗土特性

制作水泥土的試驗土取自滁州市瑯琊山地區，為粉質黏土，取土深度約30cm。其主要物理性質指標如下表所示。

2.2 水泥土試塊制備方法

將得到試驗所需的土樣風干粉碎，除去石塊，草根等雜質，然后用2mm孔徑篩子過篩，得到粉末狀的干燥土體；水泥為標號32.5R的普通硅酸鹽水泥，水泥質量占水泥土總質量的10%，按照土體天然含水量加水；用水泥膠砂攪拌機攪拌均勻，然后將拌合物加入尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的長方體模具中振動壓實，24h后脫模，即得到試驗所需的水泥土試樣，置于標準養護箱中進行養護7d。

2.3 試驗方法

本項目共制備水泥土試塊36個，將這些試塊浸泡在清水中，按照不同的水泥土試塊軟化時間4個試塊為一組進行浸泡，水泥土試塊浸泡時間分別為0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、12h、24h。

待水泥土試塊達到預定的浸泡時間，參照《水工混凝土試驗規程》（DL/T5150-2017），利用 DYE-300型全自動抗折抗壓一體試驗機進行水泥土試塊的單軸抗壓、抗折強度試驗，記錄試驗結果，得到試塊的強度-軟化時間曲線。

3 試驗結果及其分析

受環境條件影響，水泥土試樣在不同軟化時間下的單軸抗壓、抗折強度值各不相同，水泥土的單軸抗壓、抗折強度與軟化時間密切相關。

3.1 抗折強度隨軟化時間變化規律

不同軟化時間條件下，水泥土抗折強度-軟化時間曲線如圖1所示，整條曲線呈現逐漸下降且趨于平緩的趨勢。由圖1可知水泥土抗折強度隨軟化時間增加而逐步降低，且變化幅度逐漸減小。軟化時間為0h時，抗折強度為2.59MPa，軟化時間為24h時，抗折強度為0.51MPa，共減小了2.08MPa。其中從0h到0.5h，抗折強度降低了1.54MPa，降幅占整個試驗的74.04%；從0.5h到5h，抗折強度降低了0.39MPa，降幅占整個試驗的18.75%；從5h到24h，抗折強度降低了0.15MPa，降幅占整個實驗的7.21%。

圖1 水泥土抗折強度隨軟化時間變化曲線

圖2 水泥土抗壓強度隨軟化時間的變化曲線

試驗用土主要物理性質指標

3.2 抗壓強度隨軟化時間變化規律

不同軟化時間條件下，水泥土抗壓強度-軟化時間曲線如圖2所示，整條曲線呈現逐漸下降且趨于平緩的趨勢。值得注意的是，水泥土在不同軟化時間下的單軸抗壓、抗折曲線表現出相似的趨勢。由圖2可知水泥土抗壓強度隨軟化時間增加而逐步降低，且變化幅度逐漸減小。軟化時間為0h時，抗壓強度為7.16MPa，軟化時間為24h時，抗壓強度為1.99MPa，共減小了5.17MPa。其中從0h到0.5h，抗壓強度降低了3.27MPa，降幅占整個試驗的63.25%；從0.5h到5h，抗壓強度降低了1.47MPa，降幅占整個試驗的28.43%；從5h到24h，抗壓強度降低了0.43MPa，降幅占整個實驗的8.32%。

3.3 結果分析

根據試驗結果可知，在水環境下，其水泥土的抗壓、抗折強度隨浸水時間的增加均逐步減小，說明水對于水泥土具有明顯的軟化效應。但隨著軟化時間的延長，水泥土的單軸抗壓強度和抗折強度的變化幅度均逐漸減小，說明隨著時間的延長水的軟化效應在逐漸減弱。分析認為導致這種現象的原因是：隨著浸水時間的延長，水泥土中的水泥不斷進行水化，使得水泥土的內部越來越密實，從而減弱了水的軟化效應，試樣的強度下降幅度小；而對于浸水時間較短的試樣，水泥土中水泥的軟化時間較短，試驗內部相對稀疏，水的軟化效應比較明顯，試樣強度的下降幅度較大。

4 結論

①水泥土試驗抗壓、抗折強度隨著浸水時間的延長逐漸減小，說明水對水泥具有明顯的軟化效應。

②水泥土抗壓、抗折強度隨軟化時間曲線均呈現逐漸下降且趨于平緩的趨勢。水泥土抗壓、抗折強度變化幅度逐漸減小。

③隨著軟化時間的延長，水泥土中的水泥逐漸水化，使得水泥土中逐漸變得密實，從而使水對水泥土的軟化效應逐漸減弱。