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淺析水泥改良土的物理力學特性試驗研究的論文
我國高速鐵路建設(shè)發(fā)展快速，對優(yōu)質(zhì)路基填料的需求量與日俱增。規(guī)范對高速鐵路路基填料的要求比普速鐵路更加嚴格。《高速鐵路設(shè)計規(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，遠遠滿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充，研究改良土的物理力學特性具有實用價值。
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、機械壓實并養(yǎng)護后形成的，利用水泥與素土之間發(fā)生的一系列物理、化學反應(yīng)，使素土硬結(jié)成具有一定強度、耐久性和水穩(wěn)性的水泥改良土。水泥改良土的強度源于素土強度、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)作用對水泥改良土強度的貢獻最大。已有研究結(jié)果表明，素土的種類對水泥改良土的強度影響顯著，不同的土類加入等比例水泥后，水泥土強度可相差近一倍。王兵等研究了水泥土強度隨養(yǎng)護齡期增長的微觀機理，認為60 d 齡期強度可以作為擊實水泥土的設(shè)計強度。張?zhí)旒t、賈厚華等也對水泥土強度的影響因素做了研究，提出了各自的觀點。宋永軍等結(jié)合施工現(xiàn)場研究了水泥土的時效性。馬學寧等對水泥改良黃土的力學特性進行了試驗研究。本文通過室內(nèi)、現(xiàn)場試驗研究水泥改良土的物理力學特性，對其用于高速鐵路路基填料的適用性進行探討。
1 水泥改良土的物理力學特性
試驗中采用的素土取自一在建高速鐵路取土場，其物理性質(zhì)指標如表1 所示，屬粉土。摻入的水泥為P. O42. 5 普通硅酸鹽水泥。
1. 1 擊實特性
擊實特性對控制路基的填筑壓實質(zhì)量至關(guān)重要，用擊實試驗測試出的最大干密度和最佳含水率是指導(dǎo)現(xiàn)場填筑壓實的重要參數(shù)。
為了避免延遲時間對擊實試驗結(jié)果的影響，所有的水泥土擊實試驗均在加水泥攪拌后1 h 內(nèi)完成，不同摻量水泥土的重型擊實試驗結(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，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)性通過濕化試驗和液塑限試驗測試。
1) 濕化試驗
土的濕化是土體在水中發(fā)生崩解的現(xiàn)象。濕化試驗是通過測定邊長5 cm 的立方體試樣在水中浸泡后的崩解量來評定其水穩(wěn)性。對不同水泥摻量標準養(yǎng)護7 d 試件在水中浸泡24 h 后崩解量的測試結(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，且水泥摻量達到3% 及以上時，崩解量數(shù)值較小( < 10%) ，此時改良土具備良好的水穩(wěn)性。
2) 液塑限試驗
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方法是將拌合的水泥土用標準方法擊實，然后將試件養(yǎng)護7 d 后烘干，并重新粉碎后采用液塑限聯(lián)合測定法測定，不同摻量水泥土的液塑限試驗結(jié)果。
摻入水泥后，液限變化不大; 塑限的變化趨勢分兩段; 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，當水泥摻量增大到3% 以后基本維持在一個比較穩(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，且當摻量達到3% 以上時對水穩(wěn)性的改善作用趨于穩(wěn)定。這與濕化試驗的結(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 強度特性
改良土的強度一般通過無側(cè)限抗壓強度試驗測得。不同水泥摻量、不同養(yǎng)護齡期的水泥改良土無側(cè)限抗壓強度值測試結(jié)果。水泥摻量、養(yǎng)護齡期對水泥土的強度影響顯著。水泥摻量越大，養(yǎng)護齡期越長，無側(cè)限抗壓強度值越高。養(yǎng)護7 d 時的抗壓強度增長幅度為149% ～ 238%，養(yǎng)護28 d 的增長幅度為373% ～542%。實際工程中一般以7 d 強度來評定，而后期強度還存在很大的發(fā)展空間。另外0 ～ 7 d 平均每天增長幅度為21% ～ 34%，8 ～ 28 d 平均每天增長幅度為6% ～ 10%，說明水泥改良土早期強度發(fā)展迅速，后期逐漸趨緩，這與水泥早期強度發(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)場可以通過測定地基系數(shù)K30來評定。對現(xiàn)場摻4%水泥的改良土測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，影響地基系數(shù)最大的因素是測試時間，如表7 所示。隨著碾壓完成后的時間延長，K30數(shù)值明顯增大。碾壓完成后1 h 時K30為145 MPa /m，碾壓完成后48 h K30達到211MPa /m，增幅高達45. 5%，說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，當摻量達到3% 以上時水泥改良土的水穩(wěn)性良好且基本保持在一個比較穩(wěn)定的水平。
3) 水泥改良土的無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻量的增大而增大，隨齡期的增長而增大，且早期強度發(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間延長而顯著提高。
5) 當路基填料采用水泥改良土時，為保證其各項特性指標均能滿足要求，其水泥摻量不宜低于3%。
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