水泥砂漿土的無側限抗壓強度試驗研究★

金正超 方光秀 鄭洪軍

(1.延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

·建筑材料及應用·

水泥砂漿土的無側限抗壓強度試驗研究★

金正超1方光秀1*鄭洪軍

(1.延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

介紹了水泥砂漿土的無側限抗壓強度試驗的材料，并對具體的試驗方案作了闡述，通過抗壓強度試驗得出，水泥砂漿土強度與摻砂量、齡期、水泥摻入比有關，在水泥土中摻入適量的砂，形成水泥砂漿土，可有效的提高其抗壓強度，尤其是后期強度。

水泥砂漿土，抗壓強度，摻砂量，齡期，水泥摻入比

0 引言

近年來，由于水泥土在實際工程中的大量應用，使得其研究得到了迅速發展[1]。但水泥土存在強度低、變形大的缺點。因此，許多學者在水泥土中加入各種添加劑來改良水泥土的力學性能。Kim等[2，3]通過在水泥土中加入各種纖維提高水泥土的承載力。吳斌華等[4]用PLAXIS有限元軟件分析了改良水泥土樁的承載力，其變量為摻砂量、含水率、水泥摻入比、齡期、砂粒徑等，得出水泥摻入比、齡期對承載力的影響較大。曲濤等[5]通過在水泥土內摻入一定比例的砂料，從而改善水泥土的物理力學性能，隨著砂料的摻入，不同齡期下固化土的無側限抗壓強度均獲得一定程度提高。王樹娟[6]在水泥摻入比一定的條件下，用一定量的砂置換等量的土，發現摻砂對水泥土無側限抗壓強度有明顯的提高。

與其他添加劑相比，砂具有價格低廉、來源廣泛的優點。本試驗采用添加砂的方式，在水泥土中摻入一定比例的砂，研究摻砂量、齡期、水泥摻入比對水泥土無側限抗壓強度的影響。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

粉質粘土取自吉林省延吉市理化村的中國朝鮮族民俗村風情園建設項目工地。取回時為塊狀原狀土，測得其基本物理性質指標如表1所示。

表1 試驗用粘土的基本物理性質指標

砂是延吉市天然河砂，含水率為11%，密度為1 890 kg/m3，其顆粒級配如表2所示。試驗采用延吉廟嶺產普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，水采用自來水。

表2 砂的顆粒組成

1.2 試驗方案和方法

采用水灰比為1.3。選取水泥摻入比分別為20%，25%，其計算公式為：

(1)

其中，aw為水泥摻入比；mc為水泥摻入質量；m濕土為濕土質量。

選取摻砂量分別為20%，30%，40%，其計算公式為：

(2)

其中，as為摻砂量；ms為砂料質量；m濕土為濕土質量。

試塊尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，每種配合比制作12塊試樣，試件在標準養護箱中分別養護3 d，7 d，30 d，60 d。采用YAW-3003微機控制電液式水泥壓力機進行試驗，如圖1所示。測得抗壓強度結果如表3所示。

2 試驗結果及分析

2.1 摻砂量對水泥砂漿土抗壓強度的影響

當水泥摻入比分別為20%，25%時，摻砂量與不同齡期水泥砂漿土的抗壓強度關系，如圖2，圖3所示。

在圖2中可以看出，當水泥摻入比為20%時，隨齡期的不同、其最優摻砂量有變化。在3 d和30 d時，最優摻砂量為20%；在7 d和60 d時，最優摻砂量為40%。在3 d時，不同摻砂量的水泥砂漿土抗壓強度基本相同。在7 d時，試塊S20- 40的抗壓強度比S20-20,S20-30分別增加23%和30%；在30 d時，S20-20抗壓強度比S20-30,S20- 40分別增加26%和36%；在60 d時，不同摻砂量的水泥砂漿土抗壓強度也基本相同。

表3 不同齡期水泥砂漿土的無側限抗壓強度 MPa

在圖3中可以看出，當水泥摻入比為25%時，隨齡期的不同、最優摻砂量有變化。在3 d和7 d時，最優摻砂量為20%；在30 d時，最優摻砂量為30%；在60 d時，最優摻砂量為40%。在3 d時，不同摻砂量的水泥砂漿土抗壓強度基本相同。在7 d時，試塊S20-20的抗壓強度比S20-30,S20- 40分別增加7%和38%；在30 d時，S20-30抗壓強度比S20-20,S20- 40分別增加46%和26%；在60 d時，S20- 40抗壓強度比S20-20,S20-30分別增加20%和13%。

通過試驗數據分析可知，當水泥摻入比為20%,25%時，不同摻砂量的水泥砂漿土3 d早期強度基本相同，這是因為砂延緩了水泥水化反應的進行。

在最優摻砂量時，將顯著提高水泥土的抗壓強度。這是因為在水泥砂漿土中，砂顆粒起到了相當于混凝土中骨料的作用，通過水泥水化反應產生的膠結作用，將產生以砂顆粒為中心，土顆粒和水泥水化產物形成的最優級配無數聯接結構，具有較高的強度所致[7]。

2.2 齡期對水泥砂漿土抗壓強度的影響

當水泥摻入比分別為20%,25%時，齡期與不同摻砂量水泥砂漿土的抗壓強度關系，如圖4，圖5所示。

通過試驗數據分析可知，齡期對水泥砂漿土強度的影響較大。當水泥摻入比一定時，隨著齡期的增長，不管摻砂量為多少，水泥砂漿土的抗壓強度不斷增大。這是因為水泥砂漿土形成后，隨著齡期的增長，水化物也不斷增加，對土和砂顆粒之間的膠結作用不斷加強，形成的聯接結構更致密，最終使抗壓強度變大。因此，隨著養護齡期的增加，水泥砂漿土的強度有明顯的提高。以圖5為例，抗壓強度與齡期呈對數增長關系，采用關系式qu=alnT+b進行擬合，其中，qu為不同齡期下的抗壓強度；T分別為3 d，7 d，30 d，60 d；a，b均為回歸系數，其回歸結果如表4所示。

表4 水泥砂漿土抗壓強度與齡期的回歸方程系數

參數摻砂量/%203040a0．7981．0011．081b0．01-0．25-0．53R20．94980．9210．8967

2.3 水泥摻入比對水泥砂漿土抗壓強度的影響

當摻砂量為20%時，水泥摻入比與不同齡期水泥砂漿土的抗壓強度關系，如圖6所示。當60 d時，水泥摻入比與不同摻砂量水泥砂漿土的抗壓強度關系，如圖7所示。

通過試驗數據分析可知，當摻砂量為20%時，水泥砂漿土7 d前期抗壓強度隨著水泥摻入比的增加而基本相同，7 d后期抗壓強度隨著水泥摻入比的增加而減少，到了一定的極限值后，強度變化不大。當摻砂量為30%和40%時，水泥砂漿土抗壓強度隨著水泥摻入比增加而增大。

分析為兩個原因：

1)水泥固化產物本身的強度并不高，主要起膠結作用[8]，只有在最優摻量的骨料(水泥砂漿土中的砂顆?？煽醋鞴橇?和水泥摻入比條件下，才能形成最佳高強度的水泥砂漿土。

2)水泥摻入比的增加，使加入水泥砂漿土中的自由水含量也增大，因為被加固體本身具有原先含水率，所以不能單增加水泥摻入比來提高水泥砂漿土的強度，可通過適當摻入減水劑等方式得到同等效果。

3 結語

1)在水泥土中摻入最優摻砂量并形成水泥砂漿土，可顯著地提高其抗壓強度，特別是后期強度。

2)齡期對水泥砂漿土抗壓強度的影響較大，隨著養護齡期的增長，水泥土的強度將明顯的提高。水泥砂漿土抗壓強度與齡期呈對數函數關系，其建議回歸方程式為qu=alnT+b。

3)當達到一定的摻砂量條件下，水泥砂漿土的抗壓強度隨著水泥摻入比的增加而增大，到了一定的極限值后，強度變化不大。

[1] 《地基處理手冊》編寫委員會.地基處理手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社，2000.

[2] KIM D J,NAAMAN A E,El-TAWIL S.Comparative flexural behavior of four fiber reinforced cementitious composites[J].Cem Concr Compos,2008(30):917-928.

[3] LIVC.Progress and application of engineered cementitious composites[J].Journal of the Chinese Ceramic Society,2007,35(4):531-536.

[4] 吳斌華，劉 鑫，洪寶寧，等.改良水泥土攪拌樁單樁承載特性計算分析[J].人民黃河,2013(35):86-92.

[5] 曲 濤，范曉秋，劉 鑫.水泥砂漿固化土抗壓強度特性試驗[J].河海大學學報,2012,40(2):173-178.

[6] 王樹娟.摻風積沙水泥復合土力學性能的研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學,2012:13-15.

[7] 鄭洪軍.勁性水泥砂漿土組合模型樁的極限承載力試驗研究[D].延吉：延邊大學,2014：25-28.

[8] 赫文秀，申向東.摻砂水泥土的力學特性研究[J].巖土力學,2011(4)：396.

The unconfined compressive strength of soil cement mortar experiments★

Jin Zhengchao1Fang Guangxiu1*Zheng Hongjun

(1.CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

The paper introduces unconfined compression testing materials of cement mortar soil, and describes specific testing scheme. Through compression strength test, it finds out cement mortar strength, mortar mixing volume, cement age and cement mixing ratio and so on. It will effectively improve its compression strength in post period by mixing suitable sand and forming cement mortar soil.

cement mortar soil, compressive strength, sand-mixing volume, concrete age, cement mixing ratio

1009-6825(2015)07-0100-03

2014-12-21 ★：延大土木工程建造技術教學資源庫建設資助項目(項目編號：802014010)

金正超(1990- )，男，在讀碩士； 鄭洪軍(1987- )，男，碩士

方光秀(1967- )，男，博士，副教授

TU441

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