淺析水泥改良土的物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究的論文
我國(guó)高速鐵路建設(shè)發(fā)展快速，對(duì)優(yōu)質(zhì)路基填料的需求量與日俱增。規(guī)范對(duì)高速鐵路路基填料的要求比普速鐵路更加嚴(yán)格。《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范( 試行) 》( TB 10020—2009) 要求基床底層及基床以下路堤應(yīng)使用A，B 組填料或改良土。各在建高速鐵路沿線的調(diào)查結(jié)果顯示，A，B 組填料的原料比較匱乏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了目前路基填筑施工的需求，因此，改良土成為很重要的補(bǔ)充，研究改良土的物理力學(xué)特性具有實(shí)用價(jià)值。
除 A，B 組填料外，目前在高速鐵路路基應(yīng)用比較廣泛的是水泥改良土。它是將粉碎的素土與一定比例的水泥拌合均勻、機(jī)械壓實(shí)并養(yǎng)護(hù)后形成的，利用水泥與素土之間發(fā)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使素土硬結(jié)成具有一定強(qiáng)度、耐久性和水穩(wěn)性的水泥改良土。水泥改良土的強(qiáng)度源于素土強(qiáng)度、素土的物理改良、水泥水化硬化的膠結(jié)作用和硬凝反應(yīng)，其中水泥水化硬化的膠結(jié)作用對(duì)水泥改良土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最大。已有研究結(jié)果表明，素土的種類(lèi)對(duì)水泥改良土的強(qiáng)度影響顯著，不同的.土類(lèi)加入等比例水泥后，水泥土強(qiáng)度可相差近一倍。王兵等研究了水泥土強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)的微觀機(jī)理，認(rèn)為60 d 齡期強(qiáng)度可以作為擊實(shí)水泥土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。張?zhí)旒t、賈厚華等也對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響因素做了研究，提出了各自的觀點(diǎn)。宋永軍等結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)研究了水泥土的時(shí)效性。馬學(xué)寧等對(duì)水泥改良黃土的力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本文通過(guò)室內(nèi)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究水泥改良土的物理力學(xué)特性，對(duì)其用于高速鐵路路基填料的適用性進(jìn)行探討。
1 水泥改良土的物理力學(xué)特性
試驗(yàn)中采用的素土取自一在建高速鐵路取土場(chǎng)，其物理性質(zhì)指標(biāo)如表1 所示，屬粉土。摻入的水泥為P. O42. 5 普通硅酸鹽水泥。
1. 1 擊實(shí)特性
擊實(shí)特性對(duì)控制路基的填筑壓實(shí)質(zhì)量至關(guān)重要，用擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)試出的最大干密度和最佳含水率是指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)填筑壓實(shí)的重要參數(shù)。
為了避免延遲時(shí)間對(duì)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的影響，所有的水泥土擊實(shí)試驗(yàn)均在加水泥攪拌后1 h 內(nèi)完成，不同摻量水泥土的重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。可以看出，水泥土的最大干密度和最佳含水率隨水泥摻量的變化不大，具有良好的擊實(shí)特性。
1. 2 水穩(wěn)性
水穩(wěn)性是表征填料抵抗?jié)B水侵蝕的指標(biāo)，用于高速鐵路路基的填料必須具備良好的水穩(wěn)性。水泥改良土的水穩(wěn)性通過(guò)濕化試驗(yàn)和液塑限試驗(yàn)測(cè)試。
1) 濕化試驗(yàn)
土的濕化是土體在水中發(fā)生崩解的現(xiàn)象。濕化試驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定邊長(zhǎng)5 cm 的立方體試樣在水中浸泡后的崩解量來(lái)評(píng)定其水穩(wěn)性。對(duì)不同水泥摻量標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d 試件在水中浸泡24 h 后崩解量的測(cè)試結(jié)果。
素土完全崩解，隨著水泥摻量增大，試件崩解量變小，水穩(wěn)性變好，且水泥摻量達(dá)到3% 及以上時(shí)，崩解量數(shù)值較小( < 10%) ，此時(shí)改良土具備良好的水穩(wěn)性。
2) 液塑限試驗(yàn)
土的液塑限能反映土顆粒與水相互作用的程度。水泥土的液塑限試驗(yàn)方法是將拌合的水泥土用標(biāo)準(zhǔn)方法擊實(shí)，然后將試件養(yǎng)護(hù)7 d 后烘干，并重新粉碎后采用液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)定，不同摻量水泥土的液塑限試驗(yàn)結(jié)果。
摻入水泥后，液限變化不大; 塑限的變化趨勢(shì)分兩段; 水泥摻量在0 ～ 3%，塑限隨其增大而急劇增大，在3% ～ 6% 塑限基本不受其影響，維持一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值; 塑性指數(shù)先隨水泥摻量增大而急劇減小，當(dāng)水泥摻量增大到3% 以后基本維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的低值。塑性指數(shù)越小則土的親水性越弱，水穩(wěn)性也就越好，因此，水泥摻量的增加能改善水泥改良土的水穩(wěn)性，且當(dāng)摻量達(dá)到3% 以上時(shí)對(duì)水穩(wěn)性的改善作用趨于穩(wěn)定。這與濕化試驗(yàn)的結(jié)果比較吻合。因此，從水穩(wěn)性考慮，高速鐵路路基水泥改良土中水泥摻量不宜低于3%。
1. 3 強(qiáng)度特性
改良土的強(qiáng)度一般通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)得。不同水泥摻量、不同養(yǎng)護(hù)齡期的水泥改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值測(cè)試結(jié)果。水泥摻量、養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)水泥土的強(qiáng)度影響顯著。水泥摻量越大，養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值越高。養(yǎng)護(hù)7 d 時(shí)的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度為149% ～ 238%，養(yǎng)護(hù)28 d 的增長(zhǎng)幅度為373% ～542%。實(shí)際工程中一般以7 d 強(qiáng)度來(lái)評(píng)定，而后期強(qiáng)度還存在很大的發(fā)展空間。另外0 ～ 7 d 平均每天增長(zhǎng)幅度為21% ～ 34%，8 ～ 28 d 平均每天增長(zhǎng)幅度為6% ～ 10%，說(shuō)明水泥改良土早期強(qiáng)度發(fā)展迅速，后期逐漸趨緩，這與水泥早期強(qiáng)度發(fā)展較快有關(guān)。
1. 4 剛度特性
剛度特性是指材料抵抗變形的能力，在路基填筑現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)測(cè)定地基系數(shù)K30來(lái)評(píng)定。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)摻4%水泥的改良土測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，影響地基系數(shù)最大的因素是測(cè)試時(shí)間，如表7 所示。隨著碾壓完成后的時(shí)間延長(zhǎng)，K30數(shù)值明顯增大。碾壓完成后1 h 時(shí)K30為145 MPa /m，碾壓完成后48 h K30達(dá)到211MPa /m，增幅高達(dá)45. 5%，說(shuō)明水泥改良土抗壓縮變形的能力顯著提高。
2 結(jié)論
1) 水泥改良土最大干密度和最佳含水率基本不受水泥摻量的影響，具有良好的擊實(shí)特性。
2) 水泥摻量的增大能顯著改善水泥改良土的水穩(wěn)性，當(dāng)摻量達(dá)到3% 以上時(shí)水泥改良土的水穩(wěn)性良好且基本保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的水平。
3) 水泥改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量的增大而增大，隨齡期的增長(zhǎng)而增大，且早期強(qiáng)度發(fā)展較快，后期逐漸趨緩。
4) 水泥改良土具有良好的剛度特性，抗壓縮變形的能力隨時(shí)間延長(zhǎng)而顯著提高。
5) 當(dāng)路基填料采用水泥改良土?xí)r，為保證其各項(xiàng)特性指標(biāo)均能滿(mǎn)足要求，其水泥摻量不宜低于3%。
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