水泥土配合比設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)的理解與應(yīng)用

李萼雄 賓武

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 水泥土的工程用途

水泥土采用水泥作為固化劑加固土體，將水泥和土以及其它組分（如外加劑）按適當(dāng)比例混合、拌制并經(jīng)硬化而成混合體，常用于道路路面基層、地基加固、基礎(chǔ)夯土和鋪墊、護(hù)坡修筑、襯砌灌注等工程，具有經(jīng)濟(jì)耐久、就地取材、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，并以其施工期短、可加固深度大、處理效果好等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用在軟弱地基加固處理工程中。

2 水泥土配合比設(shè)計(jì)的意義

水泥土配合比設(shè)計(jì)是根據(jù)原材料性能及確定的水泥摻入比計(jì)算各材料用量，并經(jīng)試驗(yàn)室內(nèi)試配、調(diào)整，確定水泥土各材料質(zhì)量比的過(guò)程。隨著水泥土在工程中的廣泛使用，水泥土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)在工程中的作用越顯重要，在一定程度上決定了處理方案的經(jīng)濟(jì)性、合理性?！端嗤僚浜媳仍O(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T 233-2011）在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)技術(shù)資料和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，統(tǒng)一了水泥土配合比設(shè)計(jì)中常用的水泥土相關(guān)參數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)方法。按照該規(guī)程開(kāi)展配合比設(shè)計(jì)及相關(guān)物理力學(xué)性能試驗(yàn)，可論證設(shè)計(jì)的合理性，并為工程建設(shè)尋求更加經(jīng)濟(jì)、合理的材料組成配方及合理的施工參數(shù)提供理論依據(jù)。

3 水泥土配合比設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)的理解

《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T 233-2011）明確了水泥土配合比設(shè)計(jì)的基本原理，即在室內(nèi)應(yīng)采用風(fēng)干土樣（既非原狀土，也非烘干土）進(jìn)行拌制和相關(guān)性能試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，確定配合比設(shè)計(jì)參數(shù)。室內(nèi)試驗(yàn)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作就是要確定風(fēng)干土樣所需的水泥用量和加水量。依據(jù)該規(guī)程，水泥用量和加水量計(jì)算公式如下：

式中：

mc——水泥用量（㎏）；

mw——加水量（㎏）；

w——土的天然含水率（%）；

w0——風(fēng)干土的含水率（%）；

αw——水泥摻入比（%）；

m0——風(fēng)干土質(zhì)量（㎏）；

μ——水泥漿水灰比。

其中涉及到兩個(gè)基本參數(shù)，即水泥摻入比和水泥漿水灰比。水泥摻入比指摻入的水泥質(zhì)量與被加固土的濕質(zhì)量之比；水泥漿水灰比指用于加固土體的水泥漿中水與水泥的質(zhì)量比。需要注意的是，水泥摻入比是針對(duì)天然土體（而非室內(nèi)風(fēng)干土樣）的水泥摻入量而言；水灰比則是針對(duì)加固用的水泥漿中的水分（不含土體中的水分）與水泥的比例而言。顯然，這種表達(dá)便于現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)針對(duì)天然土體使用?；谶@些參數(shù)的含義，在計(jì)算風(fēng)干土樣的水泥用量和加水量時(shí)，必須考慮風(fēng)干土樣與天然土體含水量的差異。

上述計(jì)算公式看似較為復(fù)雜，特別是初次接觸時(shí)可能不易理解。為便于掌握水泥土配合比設(shè)計(jì)中各參數(shù)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，筆者依據(jù)前述公式進(jìn)行了推導(dǎo)，可得出水泥摻入比和水泥漿水灰比的顯性表達(dá)式：

式中，

mw1——濕土中的水質(zhì)量（㎏）；

mw2——風(fēng)干土中的水質(zhì)量（㎏）。

mw1、mw2對(duì)應(yīng)同一份土不同狀態(tài)（天然狀態(tài)、風(fēng)干狀態(tài)）的含水量。

根據(jù)該公式可以進(jìn)一步理解為，室內(nèi)風(fēng)干土試驗(yàn)計(jì)算加水量時(shí)，需多加一部分水，用以補(bǔ)償風(fēng)干土樣與天然土體含水量的差值，即室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)是模擬“水泥漿（水:水泥=μ）+天然土（風(fēng)干土樣+ 補(bǔ)償水）”狀態(tài)下，進(jìn)行試件制作和物理力學(xué)性能試驗(yàn)。

4 水泥土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

4.1 水泥土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

某工程地基采用水泥土攪拌樁處理，開(kāi)展水泥土配合比試驗(yàn)，其設(shè)計(jì)要求如下：水灰比0.45～0.55，水泥摻入比基準(zhǔn)值18%，水泥土28 天抗壓強(qiáng)度R28≥1.0MPa。經(jīng)取其原狀態(tài)土進(jìn)行試驗(yàn)，其土體天然含水率為41.0%，土體濕密度為1.723g/cm3；室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)風(fēng)干土的含水率為3.0%。配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

4.2 水泥土與水泥混凝土、水穩(wěn)基層配合比設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)的比較

對(duì)表1 中的數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，如果僅僅依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)用混合料中水泥、風(fēng)干土、水三者的用量，在不知曉天然土含水率、風(fēng)干土含水率的情況下，并不能直接求算出對(duì)應(yīng)水泥土的水泥摻入比、水泥漿水灰比等基本參數(shù)。這點(diǎn)與水泥混凝土配合比、水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)均不同。在水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)中，按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011），根據(jù)混合料中各組分（膠凝材料、集料、水）用量，可直接求算出水灰比參數(shù)；在水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)中，按照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015），根據(jù)水泥、碎石的用量，也很容易求算出水泥劑量參數(shù)。這三種混合料配合比設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)比較如表2。

表2 不同混合料配合比設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)的比較

以表1 中混合料各組分材料用量數(shù)據(jù)為例，如按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）的理解，三種適配比例對(duì)應(yīng)三種水灰比，分別為：2.30、2.00、1.78；如按照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）的理解，3 種適配比例對(duì)應(yīng)3 種水泥劑量，分別為：20.5%、24.6%、28.7%?？梢?jiàn)，《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T 233-2011）中的“水泥漿水灰比”、“水泥摻入比”含義與此不同。結(jié)合上述實(shí)例理解，水泥土試驗(yàn)中的水可分作兩部分，其中第一部分是配制水泥漿所需水量，第二部分則是把風(fēng)干土還原成天然土所需水量。水泥摻入比并非水泥質(zhì)量與風(fēng)干土質(zhì)量的比值，而是水泥質(zhì)量與將風(fēng)干土加水還原成天然土質(zhì)量的比值；水泥漿水灰比并非加水量與風(fēng)干土質(zhì)量的比值，而是加水量扣除第二部分水質(zhì)量后與水泥質(zhì)量的比值。

表1 水泥土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果（實(shí)例）

5 結(jié)語(yǔ)

按照《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T 233-2011），考慮天然土體與風(fēng)干土樣含水量的差異，在室內(nèi)以風(fēng)干土樣摻入水泥和水，進(jìn)行水泥土混合料的配制及物理力學(xué)性能試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上提出應(yīng)用于工程實(shí)際中的材料組成比例。通過(guò)對(duì)該規(guī)程中有關(guān)計(jì)算公式的解讀及配合比設(shè)計(jì)實(shí)例分析，有助于準(zhǔn)確理解水泥土配合比設(shè)計(jì)基本參數(shù)的物理意義，促進(jìn)其正確運(yùn)用。建議規(guī)程中增加關(guān)于水泥摻入比和水泥漿水灰比的顯性表達(dá)式，更有利于技術(shù)人員的理解和把握。

水泥土配合比設(shè)計(jì)時(shí)要掌握天然土體與室內(nèi)風(fēng)干土樣含水量的差異。由于現(xiàn)場(chǎng)天然土體的含水量不均或隨時(shí)間可變性大，現(xiàn)場(chǎng)取樣時(shí)要注意樣品的代表性，取得的土樣應(yīng)妥善密封，防止水份散失，在準(zhǔn)確測(cè)定其含水率的基礎(chǔ)上開(kāi)展配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以保證配合比設(shè)計(jì)成果切合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。