掺砂水泥土的无侧限抗压强度试验与分析

任梦刘佳丽

前言

水泥土是指将土料、水泥和水按一定比例混合而成的具有一定强度的工程材料[1]，其施工方便、价格低廉在施工中应用广泛。然而，由于水泥土强度较低，所形成的复合地基存在承载力不足、后期变形较大等缺点，也使得水泥土在工程应用中受到极大的限制。工程中常选用价格低廉的砂料对水泥土进行改良，取得了良好的效果。

通过不同掺砂量的水泥土进行无侧限抗压强度实验[2]，探讨掺砂量与抗压强度的关系。

1水泥土试样制备与试验方法

1.1试验原材料与试样制备[3]

试验用土取自施工现场的基坑内，埋深-（1.8～2.0）m，土样为粉质粘土，其液限和塑限分别为36.20%和22.40%，最优含水率为21.60%，最大干密度为1.58g•cm-3，土样颗粒级配见表1；砂为淮河中砂，细度模数2.38，颗粒级配良好；水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

表1土的颗粒级配

原状土风干碾碎，过2mm筛，按最优含水率配制土料，之后用保鲜袋密封浸润一昼夜。砂料按干土质量的0%、10%、15%、20%和25%掺入，水泥按干土质量的15%掺入，水灰比为0.5，然后将预先计算好的水拌入混合料并搅拌均匀。采用三层锤击的方法制样，试样尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm。最后将试样密封并移至养护室养护28天，养护温度为(20±2)℃，养护湿度为95%。

1.2试验方法

按照《土工试验方法标准》(GB/T50123-2002)的试验规定进行。试件养护到28d龄期后，采用WAW-300C微机控制电液伺服万能试验机进行试验，试验以应变控制，加荷速率为1mm•min-1。

2试验结果与分析

2.1应力-应变曲线分析

图1为不同掺砂量水泥土的应力-应变曲线，可以看出，普通水泥土（S-0%）和掺砂水泥土的应力-应变曲线走势基本相似，均经历上升段、下降段以及残余强度阶段。掺砂量10%的水泥土试样表现出最大峰值应力，随着掺砂量的进一步增大，水泥土试样的应力基本保持不变，而应变有缓慢增大的趋势。

2.2掺砂量对水泥土无侧限抗压强度的影响

图2为掺砂量与水泥土无侧限抗压强度的关系图，可以看出，在掺砂量为0-25%范围内，随着掺砂量的增大，水泥土的无侧限抗压强度呈先增大后减小的趋势，在掺砂量为10%时，水泥土的强度达到最大值，平均值为3.38MPa，较普通水泥土强度提高了25.65%；超过10%后，强度出现下降，且掺砂量为20%和25%时，强度变化趋势基本保持不变。

图1掺砂水泥土试样的应力-应变曲线

图2掺砂量与水泥土无侧限抗压强度的关系散点图

2.3试样破坏形态及作用机理分析

不同掺砂量水泥土试样的破坏形态有所不同。普通水泥土（S-0%）和掺砂水泥土（S-10%）试样在破坏后都会形成两个对顶的角锥形破坏面，这是因为水泥土试样在单轴受压时会在竖向缩短，在横向扩张，由于上压板的横向变形远小于水泥土试样的横向变形，所以垫板就会通过接触面上的摩擦力来约束水泥土试样的横向变形，最终水泥土试样会因“套箍作用”而形成上述现象。相比（S-0%）普通水泥土试样，单掺10%砂的水泥土脆性破坏特征更加明显，试样的破坏表面呈现凹凸不平的现象，破碎现象较为显著。说明掺砂在提高水泥土强度的同时也增加了其脆性破坏的特征。

一定量的砂料能够提高水泥土的无侧限抗压强度，其原因在于：水泥土中掺入砂料后，减少了水泥土内部的孔隙，得其整体性和密实性得到提高；再者，砂粒能够有效阻止试样破坏时裂纹两侧的相对滑动，增大裂纹两侧的摩阻力，阻止裂纹快速发展，从而提高掺砂水泥土的无侧限抗压强度。

3结论

通过对不同掺砂量水泥土试样进行无侧限抗压强度试验，得出以下结论：

（1）在掺砂量为0-25%范围内，水泥土无侧限抗压强度呈先增大后减小的趋势，在掺砂量为10%时达到最大值3.38MPa，较普通水泥土强度提高了25.65%。

（2）水泥土中掺入砂料后，减少了水泥土内部的孔隙，得其整体性和密实性得到提高；再者，砂粒能够有效阻止试样破坏时裂纹两侧的相对滑动，从而提高掺砂水泥土的无侧限抗压强度。

参考文献

[1]《地基处理手册》（第二版）编写委员会。地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.

[2]赫文秀，申向东.掺砂水泥土的力学特性研究[J].岩土力学,2011,32(增):392-396．

[3]陈峰.玄武岩纤维水泥土抗拉性能试验研究[J].深圳大学学报(理工版),2016,33(2):188-193.

作者简介：任梦（1991-）男，籍贯：皖濉溪，职称：助理工程师，研究方向：铁路维修及工程施工。