水泥土室内制样方法与配合比试验
水泥土室内制样方法与配合比试验
;童新春;徐泽原;周红星;王新
【摘 要】水泥土室内配合比试验是深层水泥搅拌法工程应用中一项重要的前期工作.基于大量室内试验,总结提出干土制样法与湿土制样法两种不同的水泥土制样方法及其试验流程,并对其优缺点与适用性进行比较,得出以下结论:1)当以试验土样目标含水率为变量,或试验土样初始含水率大于目标含水率时,应采用干土制样法;2)当研究在土样初始含水率下其他因素对水泥土强度的影响时,采用湿土制样法更为合适、 高效.以香港冲积层黏土为研究对象,采用干土制样法分析土样含水率对水泥土无侧限抗压强度的影响.试验结果表明,在含水率40％～80％范围内,不同龄期的水泥土强度均随含水率的增加而减小,且在高含水率(大于70％)下水泥土强度随龄期增长不明显.
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2019(000)005
【总页数】5页(P32-36)
【关键词】水泥土;配合比试验;干土制样法;湿土制样法;含水率
【作 者】;童新春;徐泽原;周红星;王新
【作者单位】中交四航工程研究院有限公司, 广东 广州510230;中交交通基础工程环保与安全重点实验室, 广东 广州510230;中交第四航务工程局有限公司, 广东 广州510290;河海大学 土木与交通学院, 江苏 南京210098;中交四航工程研究院有限公司, 广东 广州510230;中交交通基础工程环保与安全重点实验室, 广东 广州510230;中交四航工程研究院有限公司, 广东 广州510230;中交交通基础工程环保与安全重点实验室, 广东 广州510230
【正文语种】中 文
【中图分类】TU47;U65
在深层水泥搅拌法(deep cement mixing，简称DCM)工程应用中，水泥土配合比是一项关键参数。确定水泥土配合比的一般流程是：设计提出初步配合比→通过室内配合比试验提出试验配合比→通过现场试桩提出施工配合比。近10年来，作为一项新引进的软弱地基处理技术，海上DCM技术在我国近海岸工程地基处理中日益得到推广应用，尤其是粤港澳大湾区。其中，水泥土室内配合比试验是项目实施前期的一项重要工作，是确定施工配合比的重要依据。
水泥土室内配合比试验中，水泥土试样制作方法直接影响到试验结果的可靠性及其工程指导价值。JGJ/T 233—2011《水泥土配合比设计规程》[1]对试样的搅拌、成型、养护与试验等进行了相关规定，但较为笼统，且其中部分规定与实际工艺不一致。学者陈甦等[2]通过试验探讨试样形状、尺寸及端部边界条件对水泥土强度的影响；杨医博等[3]对水泥土室内试验方法相关研究进行分析并提出建议；Kitazume等[4]详细介绍了日本水泥土配合比室内试验流程。另外，徐立胜等[5-11]在其有关水泥土室内试验的研究成果中简要提及了试验方法，其中，贺迎喜等针对海上DCM进行了室内配合比试验与现场工艺试验。可以发现，目前已有研究中对水泥土制样方法缺乏分析，水泥土室内配合比试验也缺乏明确、统一的操作流程。
为此，基于大量水泥土室内配合比试验经验，总结2种不同水泥土制样方法，并对其适用性及优缺点进行比较，最后分析采用其中一种制样方法的室内配合比试验结果，旨在为水泥土室内试验的开展提供参考。
1 水泥土室内制样方法
1.1 水泥土参数
水泥土室内配合比试验中涉及参数较多，其中主要参数如下。
1)土样初始含水率：对于干土制样法，土样初始含水率为0；对于湿土试样法，土样初始含水率为室内存储
的原状土样含水率。
2)试验土样目标含水率：指按照配合比试验方案，掺入水泥浆前土样应具有的含水率。
3)总含水率：指试验土样中水的质量与水泥浆中水的质量之和与试验土样干土质量的百分比。
4)有机质含量：指有机质质量占试验土样干土质量的百分比。
5)掺砂量：指掺入砂质量占试验土样(湿土)质量的百分比。
6)水泥掺量：指1 m3试验土样(湿土)中掺入的水泥质量。
7)水灰比：指水泥浆中水与水泥质量的比值。
8)外掺料(外加剂)掺量：指掺入的外掺料(外加剂)的质量占掺入的水泥的质量的百分比。
1.2 水泥土制样方法
1.2.1 干土制样法
干土制样法，是指先将室内密封存储的原状土样烘干或风干后碾碎筛分，取筛分后的干土按照目标含水率搅拌调配成试验土样，再按照配合比掺入水泥浆、外加剂、外掺料等进行搅拌，制作成试样并养护，达到龄期后进行相关室内试验。采用干土制样法的水泥土室内配合比试验流程如图1所示。
图1 干土制样法试验流程
1.2.2 湿土制样法
湿土制样法是一种直接利用室内存储的原状土样进行试验的方法。试验时，首先测定其初始含水率，再取原状土按照目标含水率(应大于土样初始含水率)掺入水后搅拌调配成试验土样，然后按照配合比掺入水泥浆、外加剂、外掺料等进行搅拌，制作成试样并养护，达到龄期后进行相关室内试验。采用湿土制样法的水泥土室内配合比试验流程如图2所示。
图2 湿土制样法试验流程
1.3 不同制样方法的比较分析
干土制样法与湿土制样法的最大区别在于制备试验土样的方法不同，二者各有利弊。
1)干土制样法须先将土样烘干或风干后碾碎筛分，再按照目标含水率往筛分后的干土中掺入水搅拌调配成试验土样，试验前期工作较多。该方法最大的缺点是土样烘(风)干碾碎后可能破坏土体原有的结构，且筛分(孔径5 mm)后土体成分可能会有所改变，原状土体中含有的大颗粒被筛除。但是，干土制样法能够较为精确地按照目标含水率调配成试验土样。
2)湿土制样法是先测定室内存储的原状土样含水率，再按目标含水率掺入水调配成试验土样。其最大的优点是土样成分保持不变，土样结构破坏较小。但是，湿土制样法仅适用于调配目标含水率不低于土样初始含水率的试验土样。当试验土样目标含水率大于初始含水率时，须根据计算往原状土样中掺入适量水。当室内配合比试验组数多、可能持续数天时，期间原状土样含水率容易发生变化，若每次制样前均测定原状土含水率，则工作量大、制样时间长，效率低。另外，当原状土样较多时，不同部位的土样初始含水率可能有所不同，增加了调配成试验土样的不确定因素。
因此，当分析含水率变化对水泥土强度的影响，或试验土样目标含水率小于初始含水率时，应采用干土制样法；当分析在土样初始含水率下固化剂、水灰比、外掺料、外加剂等其他因素对水泥土强度的影响时，采用湿土制样法更为方便。
无论是干土制样法还是湿土制样法，试验土样调配后均须测定其密度，以便根据拟定的水泥掺量计算确定需大湾区是指哪里
要掺入的水泥质量。密度测定的准确性对试验结果影响较大。
1.4 制样机具与要求
1.4.1 试模
Kitazume等总结了日本、欧洲等土工实验室对水泥土室内配合比试验中所采用的试模规格的要求。本课题试验中采用圆柱体塑料试模，试模内径50 mm，高度100 mm，高径比为2(图3)。水泥土入模前，试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与水泥土发生反应的脱模剂。
图3 圆柱体塑料试模
1.4.2 配合比与搅拌
按照配合比试验方案用天平分别称量试验土样、水泥、外掺料、外加剂与水等组分。考虑现场实际施工工艺，将水、水泥、外掺料及外加剂(如果有)制成水泥浆液，而后边搅拌土样边加入水泥浆液。试验搅拌设备采用水泥胶砂搅拌机进行搅拌(图4)。为保证土样与水泥浆拌合均匀，同时避免试验条件不一致的影响，当试验土样含水率低、土样较为黏稠时，搅拌时长统一为10 min；当试验土样含水率高、土样呈流塑状时，搅拌时长统一为5 min。
图4 水泥胶砂搅拌机
1.4.3 振捣
水泥土分3次装入试模，每次装模时沿着试模内壁先外侧后中间，每次装模后置于振动台上留振20 s，最后将试样顶面刮平。
1.4.4 养护
试样制作完后，贴上标签，放入养护箱中进行恒温养护，温度(20±3)℃，相对湿度不低于95%，1～2 d后拆模，拆模后将试样放入养护箱继续养护，直至达到相应的龄期。
从上述水泥土室内配合比试验流程可以看出，试验过程较为复杂，仅水泥土制样过程就涉及10余个环节。为了尽可能避免水泥土制样本身对试验结果的干扰，室内配合比试验中应制定水泥土制样过程各环节合理的操作标准。
2 室内配合比试验
2.1 试验土样土工试验参数
室内配合比试验中以香港冲积层黏土为试验土样，采用干土制样法研究试验土样含水率变化对不同龄期的水泥土无侧限抗压强度的影响。试验土样基本参数见表1。
表1 试验土样基本参数土样来源密度∕(g·cm-3)比重含水率∕%液限∕%塑限∕%塑性指数香港1.932.6739.847.83314.8

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