新型水泥土外加劑的試驗研究

[摘 要] 通過室內(nèi)的土工試驗,研究了不同摻量的PA-1型外加劑對水泥土不同齡期強度的影響。工程應(yīng)用表明,在水泥攪拌樁中添加一定比例的PA-1型外加劑,可以提高水泥深攪樁的樁身強度。
[關(guān)鍵詞] 水泥土 PA-1型外加劑 強度

  江蘇省在高速公路的軟基處理中常用粉噴樁加固橋頭軟基,粉噴樁是在軟土地基中輸入粉粒體加固材料,通過和原位地基土強制性攪拌混合,使地基土和加固材料發(fā)生化學反應(yīng),在穩(wěn)定地基土的同時提高其強度。大量的工程應(yīng)用表明,粉噴樁樁身強度低,而且強度分布不均,加固深度較淺,軟基沉降穩(wěn)定時間較長,直接影響了軟基的加固效果。
  江蘇已開始嘗試在公路的軟基處理中采用水泥深攪樁,水泥深攪樁是通過攪拌機將水泥漿與地基土就地強制拌和均勻,形成水泥加固土穩(wěn)定地基。為了充分利用水泥深攪樁的潛能,江蘇省交通科學研究院研制了一種性能較佳、價格低廉、施工方便的PA-1型水泥土外加劑,該水泥土外加劑能有效地改善水泥深攪樁樁身強度的均勻性,在一定的水泥摻入比aw下顯著提高水泥深攪樁的樁身強度,或在一定樁身強度的要求下,使水泥摻入比aw有所降低,從而節(jié)省水泥用量,降低工程造價,具有較高的經(jīng)濟效益。
  江蘇省在高速公路的軟基處理中常用粉噴樁加固橋頭軟基,粉噴樁是在軟土地基中輸入粉粒體加固材料,通過和原位地基土強制性攪拌混合,使地基土和加固材料發(fā)生化學反應(yīng),在穩(wěn)定地基土的同時提高其強度。大量的工程應(yīng)用表明,粉噴樁樁身強度低,而且強度分布不均,加固深度較淺,軟基沉降穩(wěn)定時間較長,直接影響了軟基的加固效果。
  江蘇省在高速公路的軟基處理中常用粉噴樁加固橋頭軟基,粉噴樁是在軟土地基中輸入粉粒體加固材料,通過和原位地基土強制性攪拌混合,使地基土和加固材料發(fā)生化學反應(yīng),在穩(wěn)定地基土的同時提高其強度。大量的工程應(yīng)用表明,粉噴樁樁身強度低,而且強度分布不均,加固深度較淺,軟基沉降穩(wěn)定時間較長,直接影響了軟基的加固效果。
  江蘇已開始嘗試在公路的軟基處理中采用水泥深攪樁,水泥深攪樁是通過攪拌機將水泥漿與地基土就地強制拌和均勻,形成水泥加固土穩(wěn)定地基。為了充分利用水泥深攪樁的潛能,江蘇省交通科學研究院研制了一種性能較佳、價格低廉、施工方便的PA-1型水泥土外加劑,該水泥土外加劑能有效地改善水泥深攪樁樁身強度的均勻性,在一定的水泥摻入比aw下顯著提高水泥深攪樁的樁身強度,或在一定樁身強度的要求下,使水泥摻入比aw有所降低,從而節(jié)省水泥用量,降低工程造價,具有較高的經(jīng)濟效益。


1 水泥土外加劑配方試驗研究

試點工程位于南京市某軟土地區(qū),地層從上至下分別為:
  素植土
  黃或灰色,松散,表層0.40-0.60m為石子、碎磚、石塊和砼;其下為粉質(zhì)粘土,含5%8%的石子和碎磚,土質(zhì)不均。層厚0.901.50m。
  粘土
  灰黃色,飽和,軟塑,局部可塑,中~高壓縮性,層厚01.50m。
  1粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土
  灰色,飽和,稍密,高壓縮性,土質(zhì)不均。層厚0.204.20m
  2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土
  灰色,飽和,流塑,高壓縮性,局部夾有粉土或粉砂薄層,土質(zhì)不均。層厚18.7025.50m。
  3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土
  灰色,飽和,流塑,局部軟塑,高壓縮性,土質(zhì)不均。最大控制厚度21.00m。
  4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土灰色,飽和,流塑,高壓縮性。最大控制厚度7.50m
1.1
 試驗方案的制定
  由于所取土樣取自不同深度和土層,為了避免土樣的不均勻性對試驗結(jié)果的影響,故將所取土樣全部烘干、粉碎、過篩并拌和均勻。考慮到場地土層原狀土樣的實際情況,試驗時按含水量W=40%進行配制。
  為了研究外加劑PA1摻量對水泥土強度的影響作用,外加劑PA1摻入比(PA1摻量/水泥摻量)ap分別為2%4%、5%6%、8%、10%、12%14%、16%、20%、24%、26%、28%、30%、32%15組試樣。取水泥摻入比aw12%,水灰比C0.5。作為對比,還做了水泥摻入比aw12%,水灰比C0.5;水泥摻入比aw15%,水灰比C0.5的兩組單摻水泥試樣??紤]到7d、30d90d3個齡期,每組試樣又分為3個小組,每個小組做3個平行試樣。所做試樣共計153個。
1.2
 試樣的制備
  (1)試劑:水泥:425#普通硅酸鹽水泥;添加劑:PA1型外加劑。
  (2)試樣的制備過程:采用40mm×40mm×40mm規(guī)格的試模。按配方配料比例配制水泥漿液,然后加入對應(yīng)量的水和烘干土樣人工揉和均勻。試樣采用振密成型。靜置24小時后脫模編號,為了保證溫度和濕度,試樣放入標準養(yǎng)護室進行養(yǎng)護。
1.3
 密度試驗
  為了保證每組試樣的均勻性和可比性,試樣脫模后測定其質(zhì)量,進而求出其密度。密度試驗結(jié)果見表2。
  從試驗結(jié)果來看,單個試樣的測值與平均值之差最大不超過平均值的1.8%,絕大多數(shù)低于1.0%,說明所制備平行試樣的均勻性比較好,具有可比性。
1.4
 無側(cè)限抗壓強度試驗
  (1)設(shè)備:采用壓力試驗機,其荷載量程分為0.5t、1t2t、5t10t5個檔次,可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。量程的選用按照使試樣預計破壞荷載不小于全量程的20%,也不大于全量程的80%的標準。
  (2)測定養(yǎng)護齡期分別為7d、30d90d試樣的無側(cè)限抗壓強度。
  (3)試樣的承壓面與成型時的頂面垂直。使承壓面與壓板接觸均衡,避免使試樣發(fā)生應(yīng)力集中。試驗時應(yīng)絕對禁止使試樣受沖擊荷載。
1.5
 強度試驗結(jié)果的計算與整理
  (1)水泥土無側(cè)限抗壓強度qu按下式計算   
  式中:qu——試驗齡期下的水泥土無側(cè)限抗壓強度(MPa);
  P——破壞荷載(MN);
  A——試樣承壓面積(m2)。
  (2)3個平行試樣測值的算術(shù)平均值作為該小組試樣的無側(cè)限抗壓強度值。當單個試樣的測值與平均值之差超過平均值的±15%時,該試樣的測值應(yīng)剔除,按余下試樣的測值計算平均值。如一組試樣不足兩個,則該組試驗結(jié)果無效,須重做。
  (3)試驗結(jié)果
  無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果見表3。
  qup——PA1型外加劑水泥土試樣的無側(cè)限抗壓強度;
  qun——不摻外加劑、單摻水泥的水泥土試樣的無側(cè)限抗壓強度。
  從下表可以看出,不同齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強度值之間的關(guān)系可表達如下:
  qu.7=(0.360.37qu.902.22
   注:強度比系指在awT相同的條件下,摻PA1型外加劑的水泥土試樣與不摻外加劑、單摻水泥的水泥土試樣的無側(cè)限抗壓強度之比。
   qu.30=(0.650.67qu.902.23
  以上兩式中:qu.7——T7d的無側(cè)限抗壓強度值;
  qu.30——T30d的無側(cè)限抗壓強度值;
  qu.90——T90d的無側(cè)限抗壓強度值。
  在相同的齡期下,aw15%水泥土試樣的無側(cè)限抗壓強度約是aw12%水泥土試樣的1.51.6倍。單摻水泥試樣的無側(cè)限抗壓強度qu與齡期T的關(guān)系曲線見圖1
  水泥摻入比aw12%的水泥土試樣的無側(cè)限抗壓強度qu與齡期T的關(guān)系曲線見圖1、圖2。不同齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強度值之間的關(guān)系見表4。
  從圖1、圖2和表3、表4可以看出,當PA1摻入比ap28%時,摻PA1型外加劑對水泥土的90天標準強度無甚影響,而對其早期和中期強度的提高有明顯的作用,強度提高的程度隨著PA1摻量的增加而增大;當ap814%時,PA1的摻入有效地提高了水泥土的早期、中期和后期強度,而其早強、中強作用尤為顯著,強度提高的程度也是隨著PA1摻量的增加而增大。
  從圖3、圖4和表3、表4可以看出,當ap1428%時,PA1型外加劑的摻入顯著地提高了水泥土的早期、中期和后期強度,其對提高水泥土強度的促進作用無論是在早期、中期還是后期都比較顯著,強度提高的程度隨著PA1型外加劑摻量的增加而增大;當ap2832%時,PA1型外加劑的摻入比較顯著的提高了水泥土的早期、中期和后期強度,但強度提高的程度并不是隨著PA1型外加劑摻量的增加而增大,而是有波動。


2
 工程應(yīng)用


  該工程的原設(shè)計情況為:深層攪拌樁設(shè)計樁長13m,水泥摻入比為14%,樁徑為雙頭700mm,水泥土無側(cè)限抗壓設(shè)計強度為1.2MPa。在水泥土摻加了PA1型外加劑后,根據(jù)不同固化配比的室內(nèi)試驗結(jié)果,水泥摻入比調(diào)整為12%,進行了以下配比的無側(cè)限抗壓強度試驗,結(jié)果見表5
  由于室內(nèi)試驗條件與現(xiàn)場施工條件存在差異,故現(xiàn)場強度值并不等于室內(nèi)試驗值,應(yīng)根據(jù)具體情況乘一折減系數(shù)。南京市質(zhì)檢中心對該工程的深攪樁樁身質(zhì)量進行了檢測,取芯樁為13m,樁身測試結(jié)果見表6
從表6檢測結(jié)果分析,08m的芯樣較完整,強度也較高,30天齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強度可達1.2MPA。從三個取芯樁的樁身強度來看,樁身強度分布較為均勻。該工程改用PA1型外加劑后,軟基處理費用  經(jīng)初步測算,節(jié)約成本約27%,經(jīng)濟效益顯著。


3
 結(jié)論


  通過水泥土外加劑的研究,并將之應(yīng)用于某軟基的加固工程,取得了良好效果。不僅提高了地基的承載能力,而且解決了8m以下水泥深攪拌樁成樁質(zhì)量難以得到保證的難題,有效地增加地基處理深度從而減少軟基的最終沉降量。
  PA1型外加劑能有效提高水泥深攪拌樁的樁身強度,節(jié)約水泥用量,從而降低水泥深攪拌樁的造價,使得水泥深攪拌樁的潛能得到更充分的發(fā)揮,增強了水泥深攪拌樁在軟基處理領(lǐng)域的生命力和競爭力?! ?/SPAN>

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2024-12-23 20:59:59