新型水泥土外加剂的试验研究
[摘 要] 通过室内的土工试验,研究了不同掺量的PA-1型外加剂对水泥土不同龄期强度的影响。工程应用表明,在水泥搅拌桩中添加一定比例的PA-1型外加剂,可以提高水泥深搅桩的桩身强度。
[关键词] 水泥土 PA-1型外加剂 强度
江苏省在高速公路的软基处理中常用粉喷桩加固桥头软基,粉喷桩是在软土地基中输入粉粒体加固材料,通过和原位地基土强制性搅拌混合,使地基土和加固材料发生化学反应,在稳定地基土的同时提高其强度。大量的工程应用表明,粉喷桩桩身强度低,而且强度分布不均,加固深度较浅,软基沉降稳定时间较长,直接影响了软基的加固效果。
江苏已开始尝试在公路的软基处理中采用水泥深搅桩,水泥深搅桩是通过搅拌机将水泥浆与地基土就地强制拌和均匀,形成水泥加固土稳定地基。为了充分利用水泥深搅桩的潜能,江苏省交通科学研究院研制了一种性能较佳、价格低廉、施工方便的PA-1型水泥土外加剂,该水泥土外加剂能有效地改善水泥深搅桩桩身强度的均匀性,在一定的水泥掺入比aw下显著提高水泥深搅桩的桩身强度,或在一定桩身强度的要求下,使水泥掺入比aw有所降低,从而节省水泥用量,降低工程造价,具有较高的经济效益。
江苏省在高速公路的软基处理中常用粉喷桩加固桥头软基,粉喷桩是在软土地基中输入粉粒体加固材料,通过和原位地基土强制性搅拌混合,使地基土和加固材料发生化学反应,在稳定地基土的同时提高其强度。大量的工程应用表明,粉喷桩桩身强度低,而且强度分布不均,加固深度较浅,软基沉降稳定时间较长,直接影响了软基的加固效果。
江苏省在高速公路的软基处理中常用粉喷桩加固桥头软基,粉喷桩是在软土地基中输入粉粒体加固材料,通过和原位地基土强制性搅拌混合,使地基土和加固材料发生化学反应,在稳定地基土的同时提高其强度。大量的工程应用表明,粉喷桩桩身强度低,而且强度分布不均,加固深度较浅,软基沉降稳定时间较长,直接影响了软基的加固效果。
江苏已开始尝试在公路的软基处理中采用水泥深搅桩,水泥深搅桩是通过搅拌机将水泥浆与地基土就地强制拌和均匀,形成水泥加固土稳定地基。为了充分利用水泥深搅桩的潜能,江苏省交通科学研究院研制了一种性能较佳、价格低廉、施工方便的PA-1型水泥土外加剂,该水泥土外加剂能有效地改善水泥深搅桩桩身强度的均匀性,在一定的水泥掺入比aw下显著提高水泥深搅桩的桩身强度,或在一定桩身强度的要求下,使水泥掺入比aw有所降低,从而节省水泥用量,降低工程造价,具有较高的经济效益。
1 水泥土外加剂配方试验研究
试点工程位于南京市某软土地区,地层从上至下分别为:
①素植土
黄或灰色,松散,表层0.40
②粘土
灰黄色,饱和,软塑,局部可塑,中~高压缩性,层厚0~1
③-1粉土夹淤泥质粉质粘土
灰色,饱和,稍密,高压缩性,土质不均。层厚0.20~4
③-2淤泥质粉质粘土
灰色,饱和,流塑,高压缩性,局部夹有粉土或粉砂薄层,土质不均。层厚18.70~25
③-3淤泥质粉质粘土夹粉土
灰色,饱和,流塑,局部软塑,高压缩性,土质不均。最大控制厚度
③-4淤泥质粉质粘土灰色,饱和,流塑,高压缩性。最大控制厚度
1.1 试验方案的制定
由于所取土样取自不同深度和土层,为了避免土样的不均匀性对试验结果的影响,故将所取土样全部烘干、粉碎、过筛并拌和均匀。考虑到场地土层原状土样的实际情况,试验时按含水量W=40%进行配制。
为了研究外加剂PA-1掺量对水泥土强度的影响作用,外加剂PA-1掺入比ap分别为2%、4%、5%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、20%、24%、26%、28%、30%、32%共15组试样。取水泥掺入比aw=12%,水灰比C=0.5。作为对比,还做了水泥掺入比aw=12%,水灰比C=0.5;水泥掺入比aw=15%,水灰比C=0.5的两组单掺水泥试样。考虑到7d、30d和90d3个龄期,每组试样又分为3个小组,每个小组做3个平行试样。所做试样共计153个。
1.2 试样的制备
(1)试剂:①水泥:425#普通硅酸盐水泥;②添加剂:PA-1型外加剂。
(2)试样的制备过程:采用
1.3 密度试验
为了保证每组试样的均匀性和可比性,试样脱模后测定其质量,进而求出其密度。密度试验结果见表2。
从试验结果来看,单个试样的测值与平均值之差最大不超过平均值的1.8%,绝大多数低于1.0%,说明所制备平行试样的均匀性比较好,具有可比性。
1.4 无侧限抗压强度试验
(1)设备:采用压力试验机,其荷载量程分为0.5t、1t、2t、5t和10t5个档次,可根据需要进行调节。量程的选用按照使试样预计破坏荷载不小于全量程的20%,也不大于全量程的80%的标准。
(2)测定养护龄期分别为7d、30d和90d试样的无侧限抗压强度。
(3)试样的承压面与成型时的顶面垂直。使承压面与压板接触均衡,避免使试样发生应力集中。试验时应绝对禁止使试样受冲击荷载。
1.5 强度试验结果的计算与整理
(1)水泥土无侧限抗压强度qu按下式计算
式中:qu——试验龄期下的水泥土无侧限抗压强度;
P——破坏荷载;
A——试样承压面积。
(2)取3个平行试样测值的算术平均值作为该小组试样的无侧限抗压强度值。当单个试样的测值与平均值之差超过平均值的±15%时,该试样的测值应剔除,按余下试样的测值计算平均值。如一组试样不足两个,则该组试验结果无效,须重做。
(3)试验结果
无侧限抗压强度试验结果见表3。
qup——掺PA-1型外加剂水泥土试样的无侧限抗压强度;
qun——不掺外加剂、单掺水泥的水泥土试样的无侧限抗压强度。
从下表可以看出,不同龄期的水泥土无侧限抗压强度值之间的关系可表达如下:
qu.7=qu.90
注:强度比系指在aw和T相同的条件下,掺PA-1型外加剂的水泥土试样与不掺外加剂、单掺水泥的水泥土试样的无侧限抗压强度之比。
qu.30=qu.90
以上两式中:qu.7——T=7d的无侧限抗压强度值;
qu.30——T=30d的无侧限抗压强度值;
qu.90——T=90d的无侧限抗压强度值。
在相同的龄期下,aw=15%水泥土试样的无侧限抗压强度约是aw=12%水泥土试样的1.5~1.6倍。单掺水泥试样的无侧限抗压强度qu与龄期T的关系曲线见图1。
水泥掺入比aw=12%的水泥土试样的无侧限抗压强度qu与龄期T的关系曲线见图1、图2。不同龄期的水泥土无侧限抗压强度值之间的关系见表4。
从图1、图2和表3、表4可以看出,当PA-1掺入比ap=2~8%时,掺PA-1型外加剂对水泥土的90天标准强度无甚影响,而对其早期和中期强度的提高有明显的作用,强度提高的程度随着PA-1掺量的增加而增大;当ap=8~14%时,PA-1的掺入有效地提高了水泥土的早期、中期和后期强度,而其早强、中强作用尤为显著,强度提高的程度也是随着PA-1掺量的增加而增大。
从图3、图4和表3、表4可以看出,当ap=14~28%时,PA-1型外加剂的掺入显著地提高了水泥土的早期、中期和后期强度,其对提高水泥土强度的促进作用无论是在早期、中期还是后期都比较显著,强度提高的程度随着PA-1型外加剂掺量的增加而增大;当ap=28~32%时,PA-1型外加剂的掺入比较显著的提高了水泥土的早期、中期和后期强度,但强度提高的程度并不是随着PA-1型外加剂掺量的增加而增大,而是有波动。
2 工程应用
该工程的原设计情况为:深层搅拌桩设计桩长
由于室内试验条件与现场施工条件存在差异,故现场强度值并不等于室内试验值,应根据具体情况乘一折减系数。南京市质检中心对该工程的深搅桩桩身质量进行了检测,取芯桩为
从表6检测结果分析,0~
3 结论
通过水泥土外加剂的研究,并将之应用于某软基的加固工程,取得了良好效果。不仅提高了地基的承载能力,而且解决了
PA-1型外加剂能有效提高水泥深搅拌桩的桩身强度,节约水泥用量,从而降低水泥深搅拌桩的造价,使得水泥深搅拌桩的潜能得到更充分的发挥,增强了水泥深搅拌桩在软基处理领域的生命力和竞争力。
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