水泥摻量對(duì)鹽漬土的力學(xué)性能影響

亞坤江·吐拉買提

（新疆西域公路工程有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊830000）

0 引言

我國(guó)西北地區(qū)分布著大量的鹽漬土，由于鹽漬土中含有大量的鹽堿成分，這些成分在遇水后會(huì)快速溶解，從而導(dǎo)致土的性質(zhì)發(fā)生很大的變化，其強(qiáng)度指標(biāo)也會(huì)出現(xiàn)明顯改變。當(dāng)鹽漬土作為路基土使用時(shí)，若鹽澤土路基長(zhǎng)時(shí)間浸水，由于鹽堿成分的快速溶解，在行車荷載作用下，很容易出現(xiàn)地基下陷等病害[1]。此外，對(duì)于含有大量硫酸鹽鹽漬土的地區(qū)，在溫度和濕度的作用下，路基土將產(chǎn)生不同程度的體積膨脹，對(duì)道路的通行能力產(chǎn)生直接的影響。由于不同鹽漬土地區(qū)含鹽成分不同，工程特性有很大的差異，目前國(guó)內(nèi)外主要研究通過(guò)摻入石灰以及二灰的方式增強(qiáng)鹽漬土的強(qiáng)度[2-3]，進(jìn)而改善鹽漬土的力學(xué)性能。然而，由于石灰及二灰強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較慢，致使改善后的鹽漬土前期穩(wěn)定性不足。鑒于此，本文通過(guò)摻入不同摻量的水泥對(duì)鹽漬土路基進(jìn)行增強(qiáng)，分析并評(píng)價(jià)其力學(xué)性能，從而為今后的研究及應(yīng)用提供一定的參考。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

水泥：采用P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。鹽漬土：試驗(yàn)鹽漬土取自江蘇臨海高等級(jí)公路，含有氯鹽和硫酸鹽。鹽漬土的性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 鹽漬土的性質(zhì)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方案

取現(xiàn)場(chǎng)土樣，分別摻入不同用量的42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，根據(jù)《公路無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 057—94）成型試件，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)測(cè)試改善前后鹽漬土的黏聚力、內(nèi)摩擦角、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并對(duì)其進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。水泥摻量和土樣性質(zhì)見表2。

表2 水泥摻量和土樣性質(zhì)

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

2.1 低溫剪切應(yīng)力測(cè)試

土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗外界荷載作用所產(chǎn)生的剪應(yīng)力。當(dāng)土體受到荷載作用時(shí)，土體內(nèi)部發(fā)生了移動(dòng)，便認(rèn)為該土體發(fā)生了剪切破壞，此時(shí)的強(qiáng)度值即為土體的抗剪強(qiáng)度。通過(guò)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)可以得到土的黏聚力和內(nèi)摩擦角，它是設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的重要指標(biāo)[4]。

前期的研究成果表明，鹽漬土的鹽脹溫度主要在-10～10℃之間[5]，土體鹽脹后，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，易造成路基路面快速破損。采用規(guī)范中要求的直剪試驗(yàn)測(cè)試方法，不能很好地反映出土中易溶鹽對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響。因此，為了更好地模擬改善后鹽漬土的抗剪能力，本文采用低溫直剪試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試件進(jìn)行預(yù)先養(yǎng)護(hù)，使其易溶鹽結(jié)晶之后再對(duì)其進(jìn)行直剪試驗(yàn)，測(cè)其黏聚力和內(nèi)摩擦角，以此來(lái)對(duì)鹽漬土的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

將預(yù)先養(yǎng)護(hù)的鹽漬土試件經(jīng)過(guò)0℃降溫處理后，放在直剪儀上進(jìn)行直剪試驗(yàn)。不同水泥摻量下鹽漬土剪應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

以上研究結(jié)果表明：

（1）在0℃時(shí)，隨著鹽漬土含鹽量的增加，其黏聚力和內(nèi)摩擦角均有所減小，且隨著含鹽量的增加，降低幅度逐漸增大；

圖1 黏聚力測(cè)試結(jié)果

圖2 內(nèi)摩擦角測(cè)試結(jié)果

（2）鹽漬土的黏聚力和內(nèi)摩擦角都隨著水泥摻量的增加而增大，摻加4%水泥的鹽漬土其黏聚力和內(nèi)摩擦角增長(zhǎng)幅度最大，而隨著水泥用量的進(jìn)一步增加，黏聚力和內(nèi)摩擦角增大幅度相對(duì)減小。

綜上所述，摻入水泥后鹽漬土的黏聚力和內(nèi)摩擦角有明顯的提高，當(dāng)水泥摻量為4%時(shí)，黏聚力和內(nèi)摩擦角的增大幅度最為明顯。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

本試驗(yàn)依據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 3057—94）進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，采用靜力壓實(shí)法制備試件。在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 水泥摻量對(duì)不同齡期土的抗壓強(qiáng)度影響測(cè)試結(jié)果

通過(guò)圖3可以得出如下結(jié)論。

（1）不同鹽漬土土樣在通過(guò)摻加水泥改善后，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而增大，且水泥的摻量越大，鹽漬土的抗壓強(qiáng)度越高。

（2）水泥摻加之前，土的強(qiáng)度隨齡期變化較小，90d 抗壓強(qiáng)度與28d 抗壓強(qiáng)度幾乎相同，說(shuō)明鹽漬土作為路基填料時(shí)若不經(jīng)過(guò)處理，抗壓強(qiáng)度太低，不能直接使用。

（3）經(jīng)水泥改善后的鹽漬土路基無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度得到顯著提高。與2%水泥摻量下鹽漬土的抗壓強(qiáng)度相比，4%水泥摻量下鹽漬土的抗壓強(qiáng)度明顯提高，而隨著水泥摻量的進(jìn)一步增大，抗壓強(qiáng)度的變化值有所減小。當(dāng)水泥摻量為4%時(shí)，90d 抗壓強(qiáng)度與7d 抗壓強(qiáng)度相比大幅度提高。水泥的加入使得鹽漬土的7d 強(qiáng)度大大提高，與未加入水泥的鹽漬土相比，強(qiáng)度明顯增大，這說(shuō)明經(jīng)水泥改善的鹽漬土具有較高的早期強(qiáng)度。

3 結(jié)論

水泥的加入能夠顯著影響鹽漬土的力學(xué)性能。在0℃時(shí)，隨著水泥摻量的增加，鹽漬土的抗剪性能逐漸增強(qiáng)；水泥的摻入能夠使鹽漬土的抗壓強(qiáng)度大幅度提高，鹽漬土抵抗外部荷載以及變形的能力逐漸增強(qiáng)。因此，在工程應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際條件選擇合適的水泥摻量來(lái)加固鹽漬土路基。

[1] 王志偉. 高地下水位鹽漬土地區(qū)路基維護(hù)[J]. 路基工程，2004，114（3）：54-55.

[2] 鄭衛(wèi)華.石灰穩(wěn)定鹽漬土抗凍性能試驗(yàn)分析[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012（11）：42-44.

[3] 王志偉.二灰穩(wěn)定鹽漬土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012（22）：8-12.

[4] 魏汝龍.軟粘土的強(qiáng)度與變形[M].北京：人民交通出版社，1987.

[5] 高江平，李芳.含氯化鈉硫酸鹽漬土鹽脹過(guò)程分析[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17（4）：19-24.