水泥混合土滲透特性試驗研究

趙文文，王盛年

（1.南京地鐵建設有限責任公司，南京210000；2.南京工業大學交通運輸工程學院，南京211816）

1 引言

水泥土是指將原狀土進行切削破碎并注入固化劑（一般為水泥），經一系列復雜的物理化學作用后形成的具有一定整體性、水穩定性和強度的改良土體，在工程實踐中有著廣泛的應用[1,2]。然而，由于細粒土土粒活性較高，其對水泥的水化水解會產生不可忽視的影響，細粒土中水泥水化因此將與傳統意義上的水泥混凝土與水泥砂漿中水泥水化水解存在差異[3～5]。原位鉆孔取芯試驗與室內試驗是水泥土工程抗滲性能分析的主要手段[6]。其中，原位鉆孔取芯試驗由于技術與成本的限制，且施工現場復雜的場地條件對水泥土試驗的影響顯著，試驗結果離散性較大[7]；室內試驗則因較易開展且受外界環境的影響較小，因此，在水泥土研究中被廣泛采用[8]。本文將針對細砂、粉質黏土和黏土進行不同組合配比條件下的混合土質水泥固化土進行滲透性能測試，以揭示其受土質影響的規律。

2 試驗材料與試驗方案

2.1 試驗材料

選取長江右岸Ⅰ級階地典型細砂、粉質黏土和黏土為代表性土質，開展土質因素對水泥土抗滲性能影響的試驗研究。由于所需土樣較多，試驗時間跨度較大，不具備所有土樣均采取原狀土樣的條件，因此，采用2種土樣采集方式開展試驗：一種是取原狀土開展土工試驗，獲取原狀土樣滲透系數，如表1所示；另一種為擾動土樣，用于開展水泥土滲透特性試驗研究。

表1土樣滲透系數

2.2 試驗裝置

滲透試驗采用依據JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設計規程》試驗要求設計的、專門用于水泥土滲透系數測定的TJSS-25型滲透試驗裝置，如圖1所示。該裝置可自動加壓，恒壓保持，并可進行較高水頭壓力下的弱透水或不透水水泥土的滲透系數測試。

圖1水泥土滲透試驗裝置

2.3 試驗方案

試驗選取細砂、粉質黏土、黏土按照不同組合與配比進行相互混合，以模擬水泥土施工過程中形成的混合土質土體。混合土質組合與配比情況如表2所示。

表2混合土配比情況

2.4 試樣制備

滲透試驗試樣制備過程如下：

1）土樣處理。按照JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設計規程》將現場取回的土樣進行破碎、烘干、粉碎以及過2mm篩，獲得試驗中所需土樣，如圖2所示。

2）試樣制備。試驗固化劑選用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取1.2。根據水泥土配合比稱取相應土樣及水泥質量，充分混合后加水攪拌均勻，然后再將土樣分多次裝入截頭圓錐形試模（頂徑7cm，底徑8cm，高3cm），每次裝料高度大致相等，裝料后按螺旋方向從邊緣向中心插搗15次、再用刮刀刮毛試樣表面。試樣制備控制在25min內成型。每種規格試樣制備3個平行樣。

3）試樣養護。試樣在室溫20℃±5℃、相對濕度不低于50%的環境中靜置24h后拆模，拆模后將試模外側和兩端多余的材料削去，確保試件不破損、變形，質量極差不超過平均值20%，試塊在脫模后放入標準養護室（相對濕度大于95%，溫度范圍20℃±3℃）養護至規定齡期，如圖3所示。

圖2土樣處理

圖3試樣拆模與養護

3 試驗結果分析

3.1 試驗流程

滲透試驗過程中側壁止水問題是決定試驗成敗的關鍵。滲透試驗開始前，經對前人經驗參考以及反復嘗試后，最終選取石蠟作為側壁止水材料。具體做法是將石蠟加熱融化，在滲透試樣的側壁涂抹一層液態石蠟，并立即壓入滲透儀試模，靜置至石蠟凝結，封閉試樣與試模之間的縫隙達到側壁止水的目的。為進一步增加儀器的密閉性，在試模與儀器的連接螺紋處纏繞一圈止水生料帶，將試模旋入儀器基座開始試驗，如圖4所示。

水泥土滲透系數測定具體流程如下：

圖4滲透試驗止水措施

1）待完成養護的試件飽和后，在試樣側面涂上液態石蠟并壓入滲透試模，下口放置透水石，在試模外側纏上生料帶裝入滲透儀，并在試件上端面放置濾紙。2）調節壓力表，按每級0.02MPa逐級施加壓力至0.1MPa，直至水泥土試件表面有水滲出為止，然后以每級加壓幅度0.1MPa開始滲透測試。每級恒壓滲透時間設置為1h。

3）恒定滲壓下待滴定管內液面逐漸穩定后，開始讀數記錄，并測記水溫。讀數時間間隔依照滲水量大小選定。對于滲水量較大的試件，每隔3～5min讀數一次；對于滲水量較小的試件，每隔30～60min讀數一次。當由滲水量計算的滲透系數差值不大于2×10-n（n為滲透系數數量級）時，停止試驗。

3.2 試驗結果

試驗測得不同混合土質水泥土的滲透系數試驗結果如表3所示。由表可知，混合土質水泥土滲透系數大致分布于細砂質水泥土與粉質黏土質水泥土滲透系數值之間，但隨著混合土質中粉質黏土含量的提高，滲透系數有所下降。25%細砂+75%粉質黏土的水泥土滲透系數較細砂質水泥土下降了26%，但卻比粉質黏土質水泥土提高了91%，可知混合土質中滲透性較大的土質對水泥土滲透性起到控制性作用，但卻因細砂的摻入滲透系數有一定程度的下降。事實上，水泥固化改良土體抗滲性主要是通過水泥水化物改善土體孔隙結構，從而降低土體滲透性，然而，一定的水泥摻入僅能改善土體的部分空隙結構，對于砂性土這類空隙較高的土體，水泥水化產物就更不能保證其能完全充填其孔隙結構，因此，從這一角度來講，施工中將砂性土攪拌進滲透性較低的粉質黏土與黏土是不利于水泥土抗滲性能的提升的。

表3混合土質水泥土滲透系數

4 結論

本文針對不同混合土質條件下的水泥固化土進行滲透性能測試，結果表明：混合土質水泥土滲透系數變化則受滲透性較強的土質的影響更為明顯，與單一土質水泥土滲透系數較大者更加接近，同時由于細顆粒的加入部分改善了孔隙結構使得滲透系數略有下降。