季凍區(qū)水泥/黏土改良風積沙力學性能試驗研究

朱春鳳 艾化學 田 偉 金玉杰 上官云龍 羅輝金

1吉林建筑大學土木工程學院（130118）2吉林建筑大學交通科學與工程學院（130118）

0 引言

由于風積沙的不良的特性，考慮到風積沙地區(qū)的道路工程以及建筑工程的發(fā)展，近年來國內(nèi)外對風積沙改良的研究逐漸增多。涌現(xiàn)了各種改良風積沙的方式，改良效果明顯。吳景芳通過紅黏土改良風積沙，根據(jù)試驗研究表明隨著紅黏土摻量的增大，風積沙的液塑限及最大干密度隨之增大[1]張向東等通過研究風積沙摻入水泥后在負溫條件下的動力性能與流變特性得出隨著加載次數(shù)的增大風積沙改良土的動彈性模量降低，且溫度越高，動彈性模量衰減越慢[2]。Horpibulsuk等通過試驗研究水泥土的抗剪強度和特定齡期與水灰比之間的關(guān)系，并通過數(shù)據(jù)分析提出相應(yīng)的經(jīng)驗公式[3]。嚴偉等還通過無側(cè)限抗壓強度試驗研究在不同養(yǎng)護溫度下對水泥改良風積沙的無側(cè)限抗壓強度的影響，結(jié)果表明在相同濕度條件下，隨著養(yǎng)護溫度的升高，水泥改良風積沙的無側(cè)限抗壓強度近似成線性降低，強度損失率隨著養(yǎng)護溫度的升高而升高[4]。為季凍區(qū)風積沙改良土工程設(shè)計及施工提供依據(jù)。

1 試驗研究

本試驗采用的水泥為425標號水泥，3d的抗壓強度為29MPa,28d抗壓強度為65MPa。黏土為吉林地區(qū)黏土，最佳含水率為25.8%，最大干密度為1.60g·cm3。風積沙基本物理性能指標見表1。

表1 風積沙基本指標

2 水泥和黏土改良風積沙試驗

1)根據(jù)文獻資料及相關(guān)工程經(jīng)驗，本研究中風積沙、水泥、黏土具體摻配比例及通過擊實試驗測得的最優(yōu)含水率和最大干密度見表2。

表2 最佳含水率和最大干密度

由表2可以看出，在黏土摻量為10%時，隨著水泥摻量的增加，改良土的最大干密度隨之增大，相比于素土，不同配合比的改良土的最優(yōu)含水率基本降低，最大干密度增加，這表明，相比于素土風積沙，不同配合比的改良土的擊實效果均得到改善。

2)靜三軸試驗。不同配比的風積沙改良土的剪切峰值強度如圖1所示。

圖1 養(yǎng)護7d剪切峰值

由圖1可知，在摻量一定的情況下，隨著圍壓的增大，剪切峰值強度隨之增大，風積沙素土30kPa、60kPa、90kPa圍壓下剪切峰值強度為64.53kPa、103.8kPa、127kPa，風積沙改良土的剪切峰值均大于素土。在黏土摻量為10%時，隨著水泥摻量的增加，剪切峰值強度也隨之增加，在黏土摻量10%時，隨著水泥摻量的增加，剪切峰值強度增長率在隨之降低。剪切峰值強度增加的原因分析為由于黏土的摻入使其自身的黏性特性將風積沙黏結(jié)在一起，增強了風積沙的剪切峰值強度，水泥能夠增大風積沙剪切峰值強度的原因為水泥發(fā)生水化反應(yīng)生成一種凝膠體，水化反應(yīng)的進行有效地黏結(jié)了各種骨料,使其牢固地結(jié)合為一個整體[5]。剪切峰值強度的增長率在逐漸降低的原因分析為過多的摻入水泥，使得水泥不能全部發(fā)生水化反應(yīng)，使得一部分未發(fā)生水化反應(yīng)的水泥發(fā)生結(jié)團凝聚現(xiàn)象，導致剪切峰值強度增長率降低。

由圖2可以看出，在黏土摻量為10%時，隨著水泥摻量的增加，風積沙改良土的黏聚力和內(nèi)摩擦角普遍也在隨之增大，素土的黏聚力為12.40kPa,內(nèi)摩擦角為20.12°，均普遍低于風積沙改良土。在黏土摻量為10%時，隨著水泥摻量的增加，黏聚力的增長率出現(xiàn)普遍減小的趨勢。

圖2 養(yǎng)護7d黏聚力及內(nèi)摩擦角

3 結(jié)論

1）養(yǎng)護對于水泥和黏土的改良具有積極意義，水泥和黏土的固化作用及改善黏聚力效果顯著，風積沙改良土的剪切峰值強度得到明顯提升。風積沙改良土的剪切峰值強度增長率隨著水泥摻量的增大而逐漸降低。

2）隨著水泥摻量的增加，風積沙的最大干密度隨之增大，在一定程度上改善了風積沙的擊實效果，其易松散、不易成型的特性得到改善。隨著水泥摻量的增加，風積沙改良土的黏聚力增長率呈現(xiàn)降低的趨勢，且水泥摻量為2.5%時，風積沙改良土的黏聚力增長率最快。