水泥土拌合均匀度量化方法及其试验研究_陈庚.pdf
《水泥土拌合均匀度量化方法及其试验研究_陈庚.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水泥土拌合均匀度量化方法及其试验研究_陈庚.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 19 卷第 2 期地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol192023 年 4 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringApr2023水泥土拌合均匀度量化方法及其试验研究陈庚1,2,林民国1,3,吴勇强4,孔纲强1,3(1河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098;2 南通河海大学海洋与近海工程研究院,江苏 南通 226300;3 河海大学 岩土工程科学研究所,南京 210098;4 国网山东省电力公司济南供电公司,济南 250000)摘要:水泥土的拌合均匀度是影响水泥土强度的重要因素之一,目前尚无有效
2、的量化方法及其测试手段,且无法做到拌合后的即时检测。本文通过 X 射线荧光光谱仪(XF)对水泥土中钙元素含量进行测量,基于钙元素分布特征提出了一种水泥土拌合均匀度的实时评价方法。以拌合均匀度为对象,开展了不同水泥掺量、含水率和养护龄期条件下的水泥土强度响应分析,研究拌合均匀度对水泥土强度的影响规律。试验结果表明:拌合均匀度、水泥掺量、含水率及养护龄期均是影响水泥土强度的重要参数;水泥土强度随拌合不均匀系数(UY)的增大而降低,且 UY 值对水泥土强度的影响随着水泥掺量和养护龄期的增长而增大;在相同水泥掺量和UY 值的情况下,液限附近的水泥土所对应的强度最大。此外,引入均匀度修正系数,提出了考虑
3、均匀度的水泥土无侧限抗压强度(UCS)计算公式,并开展了室内和现场试验验证,结果发现,当 UY04 时计算结果与试验数据较为吻合。关键词:水泥土;X 射线荧光光谱仪;均匀度;无侧限抗压强度中图分类号:TU47文献标识码:A文章编号:1673-0836(2023)02-0504-09The Quantification Method and Verification Tests of the MixingUniformity of Cement SoilChen Geng1,2,Lin Minguo1,3,Wu Yongqiang4,Kong Gangqiang1,3(1Key Laborato
4、ry of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,P China;2 Nantong Ocean and Coastal Engineering esearch Institute,Hohai University,Nantong 226300,P China;3 Geotechniacal esearch Institute,Hohai University,Nanjing 210098,P China;4 State Grid Sha
5、ndong Electric Power Company Jinan Power Supply Company,Jinan 250000,P China)Abstract:The mixing uniformity of cement soil is one of the important factors affecting the strength of cementsoil At present,there is no effective quantitative method and testing method,and it is impossible to achievereal-
6、time detection after mixing In this paper,X-ray fluorescence spectrometer(XF)was used to measurethe content of calcium in cement soil,and a real-time evaluation method for the mixing uniformity of cement soil wasproposed based on the distribution characteristics of calcium Taking mixing uniformity a
7、s the object,the strengthresponse analysis of cement soil under the conditions of different cement content,moisture content and curing agewas carried out,and the influence of mixing uniformity on the strength of cement soil was studied The test resultsshowed that:mixing uniformity,cement content,moi
8、sture content and curing age were all important parametersaffecting the strength of cement soil;the strength of cement soil decreased with increasing mixing unevenness收稿日期:2022-11-13(修改稿)作者简介:陈庚(1987),男,山东淄博人,博士,副教授,主要从事地基处理与环境岩土等领域的教学与科研工作。E-mail:yushan007 126com通讯作者:林民国(1997),男,湖南桃源人,博士生,主要从事地基处理领
9、域的科研工作。E-mail:200404010002 hhueducn基金项目:浙江省交通运输厅科技计划项目(2023020-1);南通市科技计划项目(MS12021029);江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX22_0620);国家自然科学基金(52178327)coefficient(UY)value,and the effect of UY value on the strength of cement soil increased with increasingcement content and curing age;the cement soil near the liqu
10、id limit corresponded to the highest strength with thesame cement content and UY valueIn addition,the calculation formula of the unconfined compressivestrength(UCS)ofcementsoilconsideringtheuniformitywasproposedbyintroducingtheuniformitycorrection coefficient Indoor and field tests were carried out
11、to verify the formula,and the results found that whenUY value was less than 04,the calculated results were more consistent with the experimental dataKeywords:cement soil;X-ray fluorescence spectrometer;uniformity;unconfined compressive strength0引言土与水泥经过充分混合搅拌后,会在一系列物理化学反应作用下形成可满足工程现场使用要求的水泥土加固体。水泥土的
12、经济性和便捷性使其在地基加固1-5、基坑支护6-8 和防渗帷幕9-11 等工程中得到广泛应用。无侧限抗压强度作为评价水泥土力学特性的重要指标,其影响因素得到了大量学者的研究。汤怡新等12 测得的大量试验数据表明水泥土的无侧限抗压强度主要取决于水泥掺量和含水率。朱伟等13 通过添加不同掺量的水泥对疏浚泥固化处理,发现水泥土的无侧限抗压强度与水泥掺量呈线性关系。陈永辉等14 加固吹填土的试验结果表明,水泥土的无侧限抗压强度受固化剂的种类、掺量和养护龄期影响。以上学者主要基于室内试验开展水泥土强度影响因素的研究,而工程现场的水泥土强度还受施工机械、施工时间以及养护环境等多种因素影响。现场与室内制备的
13、水泥土的强度测试结果往往存在较大差异,其中水泥土的搅拌均匀度是主要原因之一7,15。何开胜等16 指出水泥土搅拌桩搅拌不均会导致水泥富集块或桩身不连续的质量问题,最终因桩身强度过低而引发工程事故。因此,不少学者对水泥土均匀度这一重要强度影响因素的检测方法开展了研究,目前主要提出桩体芯样测试法16、电阻率标定法17 和乙二酸四乙酸二钠(EDTA)滴定法18。陈安定17 通过测定现场水泥土芯样的无侧限抗压强度和水稳定性反映搅拌桩的均匀度,但操作复杂、检测时间长。席培胜等18 提出对水泥土搅拌桩芯样电阻率进行测试,并结合水泥土相关参数,定量分析水泥土搅拌桩水平和桩身方向的均匀度,但电阻率测试方法受到
14、环境因素影响较大。王保田等19 利用 EDTA 的消耗量反映水泥土中水泥含量,从而判定水泥土拌合的均匀度,但该方法在水泥含量较高时误差较大,且测定时需将水泥土破碎过筛,操作繁琐。已有均匀度检测方法都是在水泥土硬化后进行的,若要弥补因搅拌不均匀造成的强度损失需要重新施工。不仅施工难度大,还会导致经济损失和工期延误。基于上述原因,本文提出了一种利用 X射线荧光光谱仪在水泥土施工过程中实时检测拌合均匀度的方法。根据测得的钙元素分布情况定义了衡量水泥土均匀程度的表征参数不均匀度系数(UY),并建立了考虑均匀度的水泥土无侧限抗压强度计算公式。通过室内和现场试验分析拌合均匀度对水泥土强度的影响规律,验证所
15、提出的强度计算公式的适用性,以期为水泥土均匀度测量提供技术和理论支撑。1拌合均匀度定义钙元素是水泥土的固化机理中最为活跃的元素,而且钙元素和水泥土的早期强度和后期强度都有密切联系20-22。假设钙元素达到均匀分布状态时,各单位体积水泥土中钙元素的含量相等,该状态可以作为水泥土搅拌均匀的微观体现。在不同的搅拌状态下,对试样钙元素含量进行统计和分析,作为衡量试样其均匀度的重要指标。基于以上假设,本文提出的水泥土拌合均匀度的测试方法:首先从新拌水泥土中制备 n 个无侧限标准样,随后使用 X 射线荧光光谱仪快速测定每个试样的钙元素浓度 ci,并利用式(3)计算新拌和水泥土中钙元素的均匀程度,定义为水泥
16、土的不均匀系数(UY)。若 UY 值等于 0,表明水泥土完全搅拌均匀。UY 值越大,表明钙元素分布越不均匀,即水泥土的不均匀程度越大。c=ni=1cin(i=1,2,n)(1)Ki=cic(2)UY=ni=1(Ki 1)2n 1(3)5052023 年第 2 期陈庚,等:水泥土拌合均匀度量化方法及其试验研究式中:c为平均钙元素浓度;ci为每个试样中钙元素含量;n 为试样个数。2拌合均匀度测定方法与室内试验验证分析21试验材料试验选用广州拓亿贸易有限公司生产的纯高岭土作为研究对象,其化学成分和物理指标分别见表 1 和表 2 所示。水泥选用“海螺”牌标号为 425的普通硅酸盐水泥,其化学成分见表
17、1 所示。由表1 可知,高岭土中氧化钙含量(02%)远远低于水泥中钙元素含量(65%),基本排除了高岭土中钙元素对试验结果的影响。表 1高岭土与水泥的化学成分(单位:%)Table 1Chemical composition of kaolin and cement(unit:%)化学成份Al2O3SiO2CaOFe2O3其他高岭土446532021307水泥6519653263表 2高岭土的基本物理指标Table 2Basic physical properties of kaolin塑限/%液限/%塑性指数土粒比重34642025622试验仪器试验中主要使用的仪器为 NJ-160 型水泥净
18、浆搅拌机、振动台、土工刀、PVC 模具、DCC-6000 型手持式 X 射线荧光光谱仪(如图1)、标准养护箱以及无侧限压缩仪。图 1X 射线荧光光谱仪Fig1X-ray fluorescence spectrometer23试验方案为衡量土体含水率与液限的关系,定义含水比的概念,即含水率与液限之比。室内试验综合考虑水泥掺量、含水比和养护龄期对水泥土拌和均匀度的影响,其中所采用的水泥掺量为6%、8%和10%,养护龄期为 3、7 和 28 d,含水比为 08、10、12 和14,并通过控制搅拌时间将均匀程度预分为不同层次,每组试样制备 10 个平行样,具体试验方案见表 3 所示。表 3水泥土试验方
19、案Table 3Test scheme of cement soil specimens水泥掺量/%含水比龄期/d搅拌时间/s0,6,8,10103,7,28103001008,10,12,1471030024试样制备与测试取相应重量的土、水和水泥,加入水泥净浆搅拌机进行搅拌,搅拌时间根据所需均匀程度控制在10300 s 之间。用土工刀将搅拌完成的水泥土分3 层装入 50 mm100 mm 的柱形 PVC 模具。每层装入之后都在振动台上均匀震动以排除试样中的气泡。重复以上操作,完成每组的试样制备。然后在试样表面铺上一层透明保鲜膜,使用 X 射线荧光光谱仪测试每个试样钙元素浓度 Ci。将试样放入
20、养护箱中(温度为 202,相对湿度为 95%3%),24 h 后脱模,然后继续置于标准养护箱中。养护至目标龄期后,使用无侧限压缩仪测定各组试样的无侧限抗压强度,结果取 10 个试样的强度平均值。25验证性试验结果与分析(1)水泥土掺量与均匀度的关系不同水泥掺量(0%、6%、8%和 10%)的试样在3、7 和 28 d 龄期下的无侧限抗压强度随不均匀系数变化规律如图 2 所示。当 UY010 时,随着水泥掺量的增加或均匀度的减小,水泥土强度有明显的提高;但当 UY020 时,水泥土的强度与水泥掺量无明显相关性,强度随机分布在 2040 kPa,接近纯高岭土的强度。水泥土均匀度较差时,水泥掺量对于
21、水泥土强度的提升无明显作用。由图 2 可知,UY 与水泥土强度呈负相关性,并且对较高水泥掺量的水泥土影响更为明显。以10%水泥掺量的试样为例,UY=005 的水泥土28 d强度达到 323 kPa,是同期 UY=020 的水泥土强度的 88 倍;在水泥掺量为 8%时,UY=005 的水泥土28 d 强度达到 238 kPa,是同期 UY=020605地 下 空 间 与 工 程 学 报第 19 卷图 2不同水泥掺量下水泥土的无侧限抗压强度与不均匀系数的关系Fig2elationship between UCS and UY of cement soilspecimens with differe
22、nt cement content的水泥土强度的 65 倍;在水泥掺量为 6%时,UY=005 的水泥土 28 d 强度达 182 kPa,是同期 UY=020 的水泥土强度的 55 倍(图2(c)。可从水泥土固化机理的角度解释这一现象,均匀度高的水泥土中水泥颗粒表面的矿物能很快与软土中的水发生水解和水化反应,从而促进水泥土强度发展;而当水泥分布不均时,水泥易在局部聚集形成水泥块,大幅减少了水泥与软土发生反应的空间,从而导致水泥水解和水化反应不充分,生成的氢氧化钙和水化硅酸钙等产物含量不足,阻碍了水泥土的强度发展。而且水泥掺量越大,水泥反应不充分的部分所占比例越大,导致水泥土强度损失越大。(2
23、)不同龄期下拌合均匀度对强度影响水泥掺量为6%、8%和10%的水泥土在不同龄期下不均匀系数与无侧限抗压强度的关系如图 3所示。可观察到当 UY010 时,3 种掺量水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增加或 UY 值的减小而增长。但当 UY020 时,龄期对强度的促进作用不再明显,甚至出现了 3 d 龄期水泥土强度大于 7 d 和28 d 水泥土强度的情况,说明当水泥土不均匀状态达到一定程度时,龄期对于水泥土的增图 3不同龄期下水泥土的无侧限抗压强度与不均匀系数的关系Fig3elationship between UCS and UY of cement soilspecimens with di
24、fferent curing ages7052023 年第 2 期陈庚,等:水泥土拌合均匀度量化方法及其试验研究长作用不大。从整个 UY 区间段的角度还可观察到,同掺量的水泥土在不同龄期下受均匀度影响的程度不同,龄期越长,强度受均匀度的影响越大。以 10%水泥掺量的试样为例,水泥土(UY=005)在 3 d、7 d和 28 d 的无侧限抗压强度分别是同龄期水泥土(UY=0 20)强度的 4 07 倍、6 19 倍和 8 80倍(图 3(c)。这一现象主要是因为随着水泥水化反应的进行,水化产物不仅随着时间不断积累硬化,水化产物中游离的氢氧化钙还能不断吸收空气和水中的二氧化碳,形成碳酸钙结晶,两者
25、共同促进了水泥土后期强度的发展。但当水泥土搅拌不均匀时,水化反应进行得不充分,大幅削弱了水化产物的积累、硬化作用,使水泥土后期强度增长较小,因此龄期越长,均匀度对强度的影响越明显。(3)不同含水率下拌合均匀度对强度影响以 10%掺量的水泥土为例,分析不同含水比(土体含水率/液限)下拌合均匀度对水泥土强度的影响规律,结果如图 4 所示。当 UY010 时,不同含水比下水泥土的无侧限抗压强度均随着 UY的增大而减小。特别是当含水比等于 10(含水率为液限)时,水泥土的强度明显高于其他同均匀度不同含水比的水泥土。原因是高含水比会减少水泥浆对于高岭土的加固作用,而低含水比会减少水泥土的和易性,均不利于
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水泥 土拌合 均匀 度量 方法 及其 试验 研究 陈庚
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。