储 鹏

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454003)

冻结条件下水泥改良土力学特性试验研究

储 鹏

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454003)

结合某工程水泥改良砂质粉土(水泥土)在冻结条件下进行室内试验，探讨在不同水泥掺入比、不同养护期龄、不同温度下，其无侧限抗压强度发展规律。研究结果表明，在14 d前，水泥土的抗压强度增加的比较快。在水泥掺入比、养护期龄、温度这个3个因素中温度对水泥土抗压强度影响比较明显，-10℃和-20℃条件下的水泥土抗压强度是常温条件下强度的5倍和6倍。

冻结水泥土；温度；期龄；水泥掺入比

水泥土是以土为主要骨料，水泥为辅助材料，两者结合反应所产生的材料[1]。随着城市地铁、隧道的快速发展，人工冻结辅以水泥土加固的应用越来越广泛[2-4]。周承刚[5]通过对黄土的强度试验，研究了含水率、水泥掺入比对水泥改良土的强度影响。张天红[6]通过对软质粘土进行室内水泥稳定固化试验，研究了水泥掺入比、养护期龄、水养及初始条件对强度的影响。但水泥改良不同土质的力学特性有待研究。本文对砂质粉土进行了室内冻结条件下的水泥土无侧限抗压强度试验，考虑了不同水泥掺入比、期龄、温度等因素，对水泥土无侧限抗压强度力学特性进行了研究。

1 试验材料与方法

1.1 土样及水泥

此次试验所用的土样为砂质粉土，土料经过风干、碾碎，通过5 mm的筛。砂质粉土的物理力学指标如表1所示。土样颗粒组成如表2所示。试验所用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，水泥的物理性质指标如表3所示。

表1 试验土样的物理参数

表2 砂质粉土的颗粒组成

表3 普通硅酸盐水泥的性能指标

1.2 试验方法

试验分别配置水泥掺入比为7%、12%、17%、22%的试件。试件尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体。待试块浇筑结束后，静止48 h后进行拆模，将制作好的试块放入到清水中进行养护，温度控制在20±5℃，分别养护3 d、7 d、14 d、21 d、27 d后，将水泥土试块放入到低温箱中冻结48 h以上，然后在不同的温度环境(20℃、-10℃、-20℃)下进行无侧限抗压强度试验，每组试验制作3块试件[7]。

2 试验结果分析

2.1 水泥掺入量

试验所得的水泥土试块在不同水泥掺入比与无侧限抗压强度的关系如图1所示。其中，图1(a)、图1(b)、图1(c)分别表示在20℃、-10℃、-20℃时，水泥掺入量与抗压强度的关系。当养护期龄一定时，随着水泥掺入量的增加水泥土试块的无侧限抗压强度随之增加，且基本上呈线性关系变化。当水泥掺入比为7%时，养护期龄3d时，图1(a)中无侧限抗压强度可达到0.6 MPa左右，图1(b)中的无侧限抗压强度可达3.6 MPa左右，图1(c)中的无侧限抗压强度可达3.8 MPa左右；当水泥掺入比为22%时，养护期龄28 d时，图1(a)中无侧限抗压强度可达到3.5 MPa左右，图1(b)中的无侧限抗压强度可达13 MPa左右，图1(c)中的无侧限抗压强度可达16 MPa左右。

图1 不同水泥掺入比与无侧限抗压强度关系

2.2 养护期龄

试验所得的水泥土试块在不同养护期龄与无侧限抗压强度的关系如图2所示。其中，图2(a)、图2(b)、图2(c)分别表示在20℃、-10℃、-20℃时，不同养护期龄与抗压强度的关系。当水泥掺入比一定是，随着养护期龄的增加，水泥土无侧限抗压强度随之增加。在图2(a)中，养护期龄在14 d以前曲线的斜率较大，这说明在14 d前，水泥土无侧限抗压强度增长的速度比较快。而在图2(b)和图2(c)的低温下无侧限抗压强度增长的比较缓慢，但相对常温状态下的基值要高。

图2 不同养护期龄与无侧限抗压强度关系

2.3 冻结温度

试验所得的水泥土试块在不同冻结温度与无侧限抗压强度的关系如图3所示。其中，图3(a)、图3(b)、图3(c)、图3(d)分别表示掺入比为7%、12%、17%、22%条件下，冻结温度与抗压强度的关系。从图3可以看出，在20℃状态下的抗压强度明显没有-10℃和-20℃的强度高且低温对水泥土的影响十分显著，强度增加明显。当水泥掺入比为7%时，养护期龄为28 d时，-10℃及-20℃的抗压强度分别是20℃下抗压强度的3倍和4倍；当水泥掺入比为12%时，养护期龄为28d时，-10℃及-20℃的抗压强度分别是20℃下抗压强度的4倍和5倍；当水泥掺入比为17%时，养护期龄为28 d时，-10℃及-20℃的抗压强度分别是20℃下抗压强度的5倍和6倍；当水泥掺入比为22%时，养护期龄为28 d时，-10℃及-20℃的抗压强度分别是20℃下抗压强度的4倍和5倍。水泥土抗压强度在这3种温度下均随着养护期龄的增加线性增大。在7 d的期龄之前，-10℃的抗压强度略高于-20℃的抗压强度。

图3 不同冻结温度与无侧限抗压强度关系

3 结 语

水泥土的无侧限抗压强度均随着水泥掺入比的增大而增大。水泥土的无侧限抗压强度随着养护期龄的增加而增加，在14 d前，水泥土的抗压强度增加的比较快。在水泥掺入比、养护期龄、温度这个3个因素中，温度对水泥土抗压强度影响比较明显，-10℃及-20℃件下的水泥土抗压强度是20℃条件下抗压强度的5倍和6倍。

[1] 龚晓南.地基处理手册[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2008:10-30.

[2] 吴杰，刘福天，陶军亮，等.软土地区超深搅拌桩加固体渗透性能研究[J].地下工程与隧道，2008，21(3)：295-298.

[3] 张朝温，王炳和，刘书兰.水泥土防渗墙技术在堤防加固工程中的应用[J].华北水利水电学院学报，2002，23(2):60-62.

[4] 李俊翔.水泥土在河道护坡中的应用初探[J].山东师范大学学报:自然科学版，2002，17( 2):44-47.

[5] 周承刚,高俊良.水泥土强度的影响因素[J].煤田地质与勘探,2001,29(1):45- 48.

[6] 张天红,周易平,叶阳升,等.水泥土的强度及影响因素初探[J].中国铁道科学,2003,24(6):53- 56.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T 233—2011 水泥土配合比设计规程[S].北京: 中国建筑工业出版社，2011:10-20.

Test Research on Unconfined Compressive Strength of Freezing Cement Soil

CHU Peng

(Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003，China)

With the development of the urban subway tunnel,the artificial freezing technology is widely applied to the reinforcement technology of cement soil. In this paper,an experimental study was carried out to study the development of unconfined compressive strength of cement modified sandy soil under different freezing conditions. The results show that the unconfined compressive strength of cement soil increases with the increase of cement mixing ratio. The unconfined compressive strength of cement soil increases with the increase of curing age,and the compressive strength of cement soil increases rapidly before 14 day. Effect of cement mixing ratio,curing period and temperature of the three factors on the strength of cement soil compressive strength are obvious,however,temperature is best. The maximum compressive strength of cement soil under -10 ℃ and -20 ℃ is 5 times and 6 times to the one of the normal temperature

freezing cement soil;temperature;curing period;cement mixing ratio

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.03.003

TU521

A

1674-5403(2017)03-0009-03

2017-06-10

储鹏(1991-)，男，河南洛阳人，在读硕士研究生，主要从事建筑材料方面的研究.