文摘

的无侧限抗压强度cement-modified粉沙吉林省在本研究调查。为此,进行了各种测试,包括筛选试验、压缩试验、CBR试验、x射线荧光检测和无侧限抗压强度测试。压实度的影响、土壤质量、水质、水泥含量、固化的年龄被认为是。结果表明,与密实度CBR值呈正相关。两种不同的水的品质有什么影响cement-improved土的无侧限抗压强度;水泥含量的增加,无侧限抗压强度增加,幂函数方程建立的两个显著相关。水泥土强度和固化的对数关系年龄大约是线性的。通过回归分析,全面的水泥土强度的表征参数,如:水灰比、水泥含量、固化年龄,提出。cement-modified粉细砂的无侧限抗压强度有很好的幂函数关系的综合表征参数之间的拟合程度和强度预测公式和现有的研究和测试数据超过90%,验证综合特征参数的有效性。

1。介绍

为了防止路基疾病和提高路基强度,许多学者提出用水泥、石灰、纤维、熔渣和其他材料来加强和改善路基土壤(1,2]。水泥处理路基土壤的使用已获得当地材料和施工方便的优点。它已广泛应用于基础稳定的治疗(3,4]。粉土的天然含水量较低时,塑性指数小,和低抗剪强度。当颗粒细,毛细管作用强,和水的运移和聚集在季节性冰冻地区粉土路基是显而易见的(5]。Cement-modified淤泥砂(以下简称Cement-modified土)是一种硬质材料具有特殊的工程特性,这是由土壤为主要骨料,硅酸盐水泥为胶凝材料,和水作为反应介质,混合后,振动和养护。它具有抗压强度高,耐冻性,不透过性,耐腐蚀性,良好的耐久性6,7]。为了防止路基疾病,确保路基强度、水泥用于加强路基土在许多部分Shuangtao吉林省高速公路。

目前,很少有系统的理论和应用研究cement-modified粉沙。刘等人的研究成果。8]表明cement-improved土壤的影响强度的主要因素是土壤性质、水泥类型和剂量,治疗年龄,等等;李等人。9定量分析水泥含量的影响,水分含量,并通过实验室检测治疗年龄对无侧限抗压强度cement-improved淤泥;Lei和黄10)的无侧限抗压强度的变化进行了探讨cement-modified淤泥砂随着年龄的增长在干燥和潮湿的周期。结果表明,强度先增加随着年龄的增加固化,在7天达到峰值。然后,它随年龄增加固化;燕(11]提出cement-modified土的无侧限抗压强度随水泥含量的增加和年龄,和力量快速发展在早期和后期逐渐减慢;陈(12]分析了固化方法的影响规律,含水饱和度条件下,对无侧限抗压强度和压实度的cement-modified土壤,其中固化年龄有显著影响的力量,和强度继续增加随着时间的增加。Zhang et al。13,14)提出了一种改进的水热耦合模型的破坏过程,分析土壤在严酷的环境下如冷和冻结深度的预测。吴et al。15,16]推导出耦合方程的水、热、和冻土的变形,验证了耦合方程的有效性和适用性比较实验和数值模拟的结果。徐et al。17,18)有效地提高了垃圾填埋污泥的机械性能通过真空预压法和物理或化学的方法。鉴于cement-modified土壤强度的影响因素,国内外学者提出了一些强度表征参数。洛伦佐和Bergado19)认为,水泥土的强度特性可以表现为无效的比例水泥土水泥含量;楚et al。20.]分析了含水量的影响,水泥含量和年龄对水泥土的强度和固化的概念定义类似水灰比预测水泥土的强度。曹、张(21]提出一种力量特征参数反映水泥含量、固化的年龄,和孔隙度。

本文通过cement-modified土的无侧限抗压强度试验,不同的土壤样本的影响规律,水泥含量、固化的年龄,水灰比,和其他参数对cement-modified土的强度进行了分析,和强度特性参数通常适用于构造cement-modified土壤综合反映了变化规律的不同影响因素对强度的影响,建立了强度预测的经验公式,提供了理论依据和实际参考的应用和推广cement-improved土路基在季节性冰冻地区。

2。材料和方法

2.1。测试材料

测试土壤样本取自不同粉沙借码Shuangtao高速公路。土样1来自取土坑K132 + 640的第五个工作区域Shuangtao项目,和土壤样本2 + 640 K21来自取土坑第一Shuangtao项目的工作区域。粉土的物理和力学性能如表所示1。粒子粒径分布曲线如图1。普通硅酸盐水泥-078年深圳阻碍了四平北方水泥有限公司有限公司选为水泥,水泥的物理性能指标如表所示2。最优含水率和最大干密度cement-modified土壤与不同水泥含量如表所示3。

从图可以看出1土壤样品的粒径主要集中在0.075和0.25毫米之间。两个土壤样本组件,粗粒度的质量组大于土体总数的50%,和细粒度的质量组占超过15%,不到50%的总土壤质量。土的塑性指数样本小于10。根据“公路工程测试方法的土壤”(22)和“规范设计的公路桥梁和涵洞的基础”(24),土壤样本可以被定义为粉土。以下是计算从图1:土壤样品的不均匀系数1 ( ),曲率系数( ),土壤样品的不均匀系数2 ( ),和曲率系数( )。两种不同的土壤样本满足 和 同时,表明土壤的层次是好的,它是不均匀土壤。为了进一步探索土壤样品的化学成分,如XRF (x射线荧光)检测方法用于分析的总硅酸盐土壤样本。光谱仪的光谱分析技术可以用于确定特定元素的物质和量化它在同一时间。它可以确定特定元素根据发射波长和能源这个元素的x射线和确定通过测量的密度相应的射线。硅酸盐全面分析项目包括SiO₂曹,分别以、铁₂O₃FeO说,阿尔₂O₃,TiO₂P₂O₅K₂啊,那₂O, MnO,洛杉矶等。(12项)。测试过程如图2(带SiO₂作为一个例子)。在化学成分分析表所示4。

2.2。实验设计

土壤质量的影响,水质、水泥含量、固化年龄cement-improved土的无侧限抗压强度是通过控制变量的方法探索。测试计划如表所示5,混合土样土壤样品1和样品2;它占总质量的50%。饮用水的pH值是7.0。水的浸泡水是澄清液体借院子里,浸泡时间是12小时,pH值为9.5。

2.3。实验方法

2.3.1。CBR文本

测试按照发行代码进行土壤测试方法对公路工程(JTG 3430 - 2020)22]。土壤样品干燥、粉碎和渗有5毫米的圆孔。把已筛土样的最佳含水量,混合均匀,把材料2 h。水泥添加根据水泥的用量3%。标准标本浸泡96 h在渗透测试。单位压力比标准压力渗透金额是2.5毫米时用作承载比(CBR值)的cement-modified土壤和承载比渗透是5毫米计算在同一时间。如果5毫米的承载比大于2.5毫米,再次进行测试。如果结果还是一样的,5毫米的承载比用作水泥的CBR值的土壤。

2.3.2。无侧限抗压强度试验

评估cement-modified土的抗压强度按照无侧限抗压强度试验方法在“材料测试方法稳定,为公路工程无机粘结剂”(JTG楼- 2009)[23]。测试模具的大小 ,表面涂上凡士林,方便demolding。样品均匀搅拌后,它被加载到测试模具在两层和压实。站4 h后,demolded标本并放入养护室的固化温度 和超过95%的相对湿度恒温固化到指定的年龄。达到养护时代后,用万能试验机进行无侧限抗压强度试验的加载速率1毫米/分钟。准备6的各种样品,计算平均值,标准差,变异系数后消除异常值获取标准的值。无侧限抗压测试仪器如图3,无侧限抗压试样损伤图像如图4。

3所示。结果与讨论

3.1。CBR文本

土壤样本的CBR试验值在不同的压实度如表所示6。

从分析表可以看出6淤泥砂的CBR试验值随压实度的增加,CBR值和压实粉土路基改变线性度(25],cement-improved土壤的CBR试验值与压实度增加明显增加;特别是,改进后的土样1是最明显的。每增加1%的压实程度,CBR值增加了20%,而改进后的土样2增加每增加1%的压实程度。CBR值增加了5%左右。在“规范设计的高速公路地基”(JTG d30 - 2015) [26),所需的最小承载填料的比例不少于8%。的CBR试验值两种cement-modified淤泥砂远远大于所需的CBR试验值在路基设计规范,符合项目的实际需要。

3.2。土壤样品对Cement-Modified土强度的影响

3%,4%,5%,和6%水泥使用,根据标准的治疗年龄是7天。八组的无侧限抗压测试设计和不同土样的无侧限抗压强度如表所示7。

从表可以看出7土壤样本2的无侧限抗压强度与不同水泥含量高于土壤样本1和无侧限抗压强度的3%,4%,5%,和6%水泥剂量为73%,63%,73%,和75%,分别。分析原因,根据粒子的分析,土壤样本2大粒径,粒子分布均匀,容易压实,压实后可以达到更好的压实效果,更好的完整性。

土壤颗粒之间的复杂的化学反应和水泥大致可以分为水解和水化反应,硬化反应,离子交换、碳化和结晶。改善的主要原因改进后粉土的强度是水泥的水化反应生成水化硅酸钙等一系列的水合物(27]。水合物具有巩固效果,严格包装和连接土壤颗粒,并形成一个水泥原料骨架在土壤颗粒的孔隙28,29日),减少土壤的可塑性和改善cement-modified土的强度。水泥硬化反应最有助于后期强度增长cement-modified土壤(6]。在硬化反应,SiO₂(艾尔₂O₃)反应,形成不溶于水的稳定硅酸钙和其他晶体化合物,也称为微晶凝胶(30.]。反应方程所示方程(1)和(2),它在水中不断变硬,使cement-modified土的强度,使结构更紧凑,使水很难渗透和提高cement-modified土壤水稳定性31日]。从土壤的化学成分的分析样本,可以看出SiO₂淤泥砂的化学成分含量很高,SiO₂土壤样本1的内容占总数的81.39%,和SiO₂土壤样本2的内容占总数的84.45%。美联₂O₃土壤样本1的内容占总数的7.39%,和艾尔₂O₃土壤样本2的内容占总数的9.02%。土壤样本2的硬化反应更充分。因此,土壤样本2的强度应大于土壤样品1。分析结果与实验数据吻合较好。

3.3。水质对Cement-Modified土强度的影响

碱度的影响水质的无侧限抗压强度被控制变量的方法探索。养护期是7天,八个组进行了室内无侧限抗压测试,与数据表所示8。

根据表中的数据8,水泥用量相同的情况下,相同的土壤样本,最大的区别在不同水品质的无侧限抗压强度0.07 MPa和最低只有0.04 MPa。水泥剂量为3%时,混合土样的无侧限抗压强度的差异与不同水品质0.01 MPa,水泥剂量为5%时,混合土样的无侧限抗压强度的差异与不同的水质量为0.02 MPa。经过多组测试数据分析,不同水品质的无侧限抗压强度数据是相似的。可以看出,饮用水和碱性浸渍水几乎没有对无侧限抗压强度的影响。

3.4。水泥含量对Cement-Modified土强度的影响

八组的无侧限抗压试验进行了不同水泥含量为3%,4%,5%,6%,养护7天的时代。统计测试数据图所示5。

使用最小二乘曲线拟合的方法,水泥用量之间的幂函数关系和无侧限抗压强度的两个土壤样本构造如下:

土样1:

土壤样本2: 在哪里水泥用量和吗无侧限抗压强度。

它可以看到从方程(3)和(4),拟合的相关系数之间的关系土壤样品1和样品2都大于0.9,接近于1,表明上述两个幂函数关系的拟合效果更好。通过幂函数拟合曲线的分析,得出水泥含量的增加,无侧限抗压强度不断增加,最后趋于一个稳定值,和力量增长速度逐渐减慢。土壤样本1的水灰比为3%,4%,5%,和6%的水泥含量为2.3,1.742,1.407和1.184。土壤样本2的水灰比为3%,4%,5%,和6%的水泥含量为2.781,2.106,1.701,和1.431,水灰比和水泥用量之间的对应关系如图6。水泥含量的增加,水灰比cement-modified土壤减少。

3.5。治疗年龄对无侧限抗压强度的影响

探索治疗年龄对无侧限抗压强度的影响,十组的无侧限抗压强度的标本是由选择不同土壤样品的水泥含量为3%,这是治愈7 d, 14 d, 28 d、90 d、180 d,分别根据规范。

固化后的无侧限抗压强度的土壤样本1 7天,14天、28天,90天,180天为0.26 MPa, 0.52 MPa, 0.67 MPa, 1.05 MPa,分别和1.18 MPa。土壤样本2的无侧限抗压强度为0.45 MPa, 0.69 MPa, 0.88 MPa, 1.48 MPa,和1.65 MPa后7天、14天、28天,90天,180天,分别。从上面的数据中,可以知道cement-modified土的无侧限抗压强度随年龄增长而增加。无侧限抗压强度的增长速度大于方案的7 - 14天期间,和无侧限抗压强度的增长速度逐渐趋向于平坦后28天。使用起源软件适合无侧限抗压强度的平均值和治疗年龄、功能关系如下:

Cement-modified土样1:

Cement-modified土壤样本2: 在哪里的无侧限抗压强度试件(MPa)和的自然对数的治疗年龄标本(天)。功能关系的示意图如图7。从方程(5)和(6),可以看出,两种土壤样本的相关系数很高,拟合曲线都接近于1,表明cement-modified土壤具有良好的强度与治疗年龄的对数线性关系。土样的无侧限抗压强度增长率2大于土壤样品1。

3.6。综合强度的表征参数Cement-Modified粉沙

根据上面的测试结果,构造一个新的全面的表征参数PCT见方程(7),它全面反映了土壤样本的影响,水泥含量、水灰比、无侧限抗压强度和固化年龄: 在哪里水灰比,水泥含量(%),治疗年龄(d)。图吗8显示了cement-modified土的无侧限抗压强度之间的关系和全面的表征参数PCT。从图可以看出8不同土壤样品的强度有很好的幂函数和特征参数的关系,以及它们的相关系数都在0.90以上。当治疗年龄是7天,土壤样本的相关系数是0.91 0.95 1和土壤样本2。当治疗年龄是14天,土壤样本的相关系数是0.94 0.92 1和土壤样本2。当治疗年龄是28天,土壤样本的相关系数是0.91 0.93 1和土壤样本2。它表明,PCT可以描述超过90% cement-improved淤泥的强度因素,和现有的测试数据验证PCT的有效性。

通过上述回归分析的无侧限抗压强度cement-improved粉沙可以表达以下经验公式: 在哪里和经验参数(正值),通常与土壤属性和可获得的经验或测试(21]。从公式可以看出(7)和(8),cement-modified土的强度可以通过降低水灰比,提高水泥含量,延长治疗时代。在工程项目中,上述参数根据现场条件可以有选择地优化在实际工程路基强度满足要求。

4所示。结论

土壤压实程度的影响,不同的品质,不同的水的品质,水泥含量和养护时代的cement-improved粉土的试验研究,获得以下主要结论是根据测试结果:(1)cement-improved土壤的CBR试验值符合工程规范的要求,增加显著增加压实。每增加1%的压实cement-improved土样1、CBR值增加20%;在cement-improved土样2中,压实度增加1%时,CBR值增加5%(2)岁以下相同的水泥含量和养护,cement-improved土壤样本2的无侧限抗压强度63% - -75%高于cement-modified土样1。原因是淤泥砂大粒径、粒度分布均匀压实后可以达到更好的压实效果,更好的完整性。不同土壤样品的硅含量超过80%,和土壤样本2大于土壤样本1。cement-modified土壤硬化反应生成微晶凝胶,使cement-modified土的强度,使结构更紧凑(3)饮用水和碱性浸渍水几乎没有对cement-modified土的无侧限抗压强度的影响。随着水泥含量的增加,土壤cement-modified降低了水灰比和无侧限抗压强度增加。cement-modified土壤强度的增加大约在幂函数与水泥含量的增加之间的关系。水泥土强度和固化的对数关系年龄大约是线性的,cement-improved粉细砂的无侧限抗压强度增加的最快在7 - 14天的固化的年龄,和力量增长速度往往是平后28天。在相同的固化时间,土样2的无侧限抗压强度增加的速度比土壤样品1(4)建立全面的表征参数PCT可以更好地反映水灰比的影响,水泥含量、固化的年龄,和其他因素对cement-improved土的无侧限抗压强度。cement-improved土的强度有很好的幂函数与全面的表征参数PCT的关系。这种关系可以用来预测cement-improved土的强度在实际工程

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。