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文 | 姚佑清

编辑 | 姚佑清

引言

针对灰土早期强度低、水稳定性差的弱点，将水泥作为一种活性材料掺入灰土中，对其进行改性研究。

分别对1：9、2：8、3：7灰土试样掺入6％、8％水泥的水泥灰土试样开展室内试验，探讨水泥灰土的强度与龄期、水泥掺量、含水量、养护条件等因素的关系，得到了用水泥改性后灰土的一些特点，可为工程应用提供参考。

灰土作为一种复合材料，具有广泛的工程应用。除大量用于处理湿陷性黄土地基以外，还广泛用于处理其他非饱和土和杂填土。

1室内试验

1．1试验材料

试验所用的土料取自西安科技大学东南角土崖，为全扰动新近堆积黄土，其主要物理性质指标见表1，所用的石灰为新鲜的消解石灰。

实验水泥为陕西省铜川市耀州区生产的“秦岭”牌32.5复合硅酸盐水泥。

表1土料物理性质参教

1．2试验方案

试验所用的灰土试样均按照《土工试验方法标准》制备。

将土在室内风干，再将碾碎的土和新鲜的硝解石灰过0．5mm筛，按石灰与土料的体积比为1：9、2：8、3：7配置灰土。

再对不同配置比例的灰土分别按总体积的6％、8％掺加水泥，配置六种不同体积比的水泥灰土，并按土的轻型击实试验确定各种配比土的最优含水量以及最大干密度。

无侧限抗压强度试样的养护龄期分别取为1d、3d、5d、10d、15d、30d和60d，含水量控制在最优含水量附近。另外，为了充分了解水泥灰土的水稳定性，在无侧限抗压强度试验的基础上测定其软化系数。

2试验结果分析

通过轻型击实试验，确定出各种配比水泥灰土的最优含水量和最大干密度，如表1所示。可以看出，各配比水泥灰土最优含水量在22％一27％之间波动，水泥配比的多少对各种配比灰土最优含水量和最大干密度的影响不大，而灰土的配比则对最大干密度的影响较大。

表1不两配比水泥灰土的最优含水量

2：8灰土掺水泥的最大干密度最大，其中2：8灰土掺水泥8％的最大干密度达到1．60g／cm3，1：9灰土掺水泥的最大干密度最小，最小值只有1．41g／cm3，这与文献提出的2：8灰土长期强度高于3：7灰土和1：9灰土的结论是一致的。

2．1龄期对抗压强度的影响

水泥掺量相同不同灰土配比的无侧限抗压强度随龄期变化的水泥灰土无侧限抗压强度曲线如图1和图2所示。

可以看出：水泥灰土强度随水泥掺入量的增加增长速率越快。在相同龄期下水泥灰土强度随水泥掺入量的增加而增大，且随龄期的增长水泥掺入比越高强度增长速率越大。

各种配比灰土8％水泥强度值及增长率明显高于6％水泥灰土，表明水泥掺量的多少对水泥灰土强度具有明显的提高作用。

另外，水泥灰土的龄期一强度曲线在lOd左右存在一个明显的拐点，在拐点之前，强度随时间增长较快，在拐点之后强度曲线增长明显放缓，强度增长较拐点之前明显变慢，水泥灰土15d的强度可达60d强度的60％一70％。

这说明，对于各种配比的灰土来说，水泥能够明显提高灰土的早期强度。

2．2含水量对抗压强度的影响

为比较含水量对水泥灰土的影响，选取不同水泥掺量1：9灰土无侧限抗压强度随含水量的变化曲线，如图3和图4所示(为了便于比较，文中将最优含水量试验曲线加粗)。

含水量对强度的影响表现为：同一配比的水泥灰土、越接近于最优含水量，其抗压强度越大，含水量离最优含水量越远的试样强度越低。

随着龄期的增长这种现象愈发明显，到后期最优含水量的强度曲线从其他含水量的强度曲线中逐渐向上分离出来。高于最优含水量的试样较低于最优含水量的试样强度下降更为显著。

因而，在实际工程应用中含水量的选取建议采取“宁低勿高”的原则。通过图3图4还可以看出，各种含水量下8％水泥掺量的强度值及随龄期的增长率比6％水泥掺量的相应值高出至少60％以上，再次说明水泥掺量对灰土强度和早期强度的提高作用。

2.3水稳定性

水稳定性是衡量和评价填料工程性质的一个重要指标，一般采用软化系数来进行评价。

软化系数是指填料饱和状态下的抗压强度与普通潮湿状态下强度之比。表2给出了各种配比水泥灰土在不同含水量时的软化系数(为了便于比较，文中将最优含水量的试验数据加粗)。可见，在最优含水量下各种水泥灰土的水稳定性最好。

另外，随着水泥掺量的增加，水泥灰土的水稳定性也随着水泥掺量的增加而增强。相较类似工程的试验，本次试样所得的软化系数偏低，这可能是由于试验前期击实操作不当，击实功能不足以及龄期较短等因素造成的。

表2不同配比水泥灰土的软化系数(60d)

2．4变形性状

对于实际工程中的夯实挤密桩来讲，它们的工作环境都会受到围压的作用，故其破坏形式多具有塑性破坏的特点。

水泥灰土试样破坏形式在较短龄期(30d以内)表现出原状土的形式，多表现出应变较大的塑性破坏；随着龄期的增长(60d以后)水泥灰土试样的各项力学性状逐渐展现出岩石试样的性质，多表现出应变较小的脆性破坏。

从大量的无侧限抗压强度试验中发现，所得的应力一应变曲线大多可分为三个显著区别的阶段，如图5所示。

弹性变形阶段：从开始加载至P1点，该阶段应力较小，变形主要来自于试样团粒和凝结材料结晶体产生的弹性变形，应力应变曲线大致为直线，变形在卸载之后可以恢复。

塑性强化阶段：该阶段的终点P2对应于应力应变曲线的峰值强度。应力一应变曲线进入弯曲段，斜率减小的同时变形增长速率逐渐增大，压应力增长速率逐渐减小。表明试样内部微裂隙逐渐扩展、贯穿并逐渐发展成为明显可见的裂纹和裂缝。

残余软化阶段：当加载应力超过试样的极限强度后，即应力应变曲线开始向下弯曲，应变持续增长的同时应力降低，出现明显的软化特征。此时虽然试样不能承担更大的荷载，但由于破裂面两侧的摩擦咬合作用没有出现压应力突然急剧下降的现象，试样还能承受一定的荷载。

3结论

分别对1：9、2：8、3：7灰土试样掺入6％、8％的水泥灰土试样在不同含水量下开展击实实验、无侧限抗压强度以及水稳定性试验，分析龄期、含水量、水泥掺量等因素对水泥灰土工程性质的影响，得到结论如下：

灰土的配比对水泥灰土最优含水量和最大干密度的影响较大，而水泥掺量的影响相对较小；水泥灰土强度随水泥掺人量的增加而增大，且随龄期的增长水泥掺入比越高强度增长速率越快。水泥掺量越高，其早期强度越高。

含水量对水泥灰土的强度影响较大。试样越接近最优含水量，相应的抗压强度越大，含水量离最优含水量越远的试样强度越低，且高于最优含水量的试样较低于最优含水量的试样强度下降更为明显。

在最优含水量时水泥灰土的水稳定性最好，水泥灰土的水稳定性随着水泥掺量的增加而增强。

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灰土水泥复合材料物理力学性质研究（灰土掺水泥）

引言

1室内试验

2试验结果分析

3结论

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