掺入专利添加剂的水泥土力学性质的试验研究

第26卷第3期苏州科技学院学报(工程技术版)Vol.26No. 32013年9月Joumnal of Suzhou University of Science and Technology (Engineering and Technology )Sep.2013掺人专利添加剂的水泥土力学性质的试验研究方咸美，顾欢达,殷志文(苏州科技学院土木工程学院,江苏苏州215011)摘要:基于提高扩大支盘加筋水泥土桩水泥土强度的要求,针对掺入专利添加剂的水泥土的力学性质,采用室内试验的方法进行了比较系统的研究,并与未掺添加剂的水泥土的力学性质进行了对比。研究表明，专利添加剂能够较明显的提高水泥土的强度和变形性能。文中具体分析了两种水泥土的强度发挥和变形的变化规律，以及专利水泥土的应力-应变关系,对专利水泥土的应力应变关系进行了拟合分析,以供实际工程参考。关键词:水泥土;添加剂;无侧限抗压强度;掺入比中图分类号: TU472.5文献标识码: A文章编号: 1672- -0679(2013)03 -0037-05扩大支盘加筋水泥土桩(以下简称多支盘桩,见图1),是近年来发展起来的一种新型抗浮桩型,主要利用支盘端阻力及桩侧摩擦阻力抵抗上拔荷载。与普通钢筋混凝土桩相比,不仅具有施工简便、明显降低工程造价的优点,而且可以充分利用水泥土抗压承载力较高的特性,使得多支盘桩能够发挥较高的单桩抗拔承载力。可以替代传统抗拔桩,应用于高层建筑的多层地下室、地铁及隧道、地下市政设施等工程的抗浮措施中。国内部分地区的工程实践,显示出其良好的工程特性和明显的经济和社会效益"。根据支盘桩承受上拔荷载作用时的受力机理,支盘尤其是位于桩体下部的支盘,在单桩抗拔承载力发挥过程中起着很重要的作用,因此,支盘本身的强度与刚度对支盘桩的抗拔承载力发挥产生很大的影响。针对多支盘桩,通过提高构成桩体的水泥土强度,可以有效地提高多支盘桩的抗拔承载力,从而达到进--步提高单桩抗拔承载力、节省工程造价的目的。在实践中,常用掺人添加剂的方式来提高水泥土的强度,由于水泥土的强度发挥与添加剂的性质、土质条件及环境因素等有关,基于多支盘桩在本地区推广应用的目的,研究过程中选取本地区比较有代表性的粉质粘土作为原料土,并选择在其他地区工程中显示具有良好效果的某专利添加剂作为提高水泥土强度、改善水泥土变形性质的添加剂,并与未掺添加剂的水泥土进行对比，研究该添加剂对提高水泥土强度改善水泥土-44头变形性质的效用,并分析掺人添加剂的专利水泥土相应的力学性质、强度发挥特征及本图1多支 盘桩构造构关系,为抗拔桩的设计及施工提供参考。1试验方法及原料1原料选择本试验的主要材料包括原料土、水泥及专利添加剂。水泥选择标号为42.5的普通硅酸盐水泥,水为普通自来水，原料土样取自苏州港龙财智商业广场二期的基坑开挖施工过程中的取出的土体,其主要物理性质指标如表1所示。表1土样物理性质含水量1%湿润密度1g . cm:3比重1g _孔隙比液限指数塑限指数30.71.922.740.870.6512.0根据表1所示物理性质指标,依据岩土工程勘察规范中关于土的分类标准,所用原料土应定名为粉质粘土。原料土的颗粒级配曲线如图2所示,据此可知,原料土级配连续,粒径小于0.075mm的细粒土的比例超过80%,不均匀系数C=14.63,曲率系数C=1.28,属于级配良好的土体。_中国煤化工[收稿日期] 2012-12-10MYHCNMHG[作者简介]方咸美(1988-),男,安徽巢湖人，硕士研究生。4苏州科技学院学报(工程技术版)2013表3专利水泥土的试验参数参数7d28d90dA1.172 11.73162.3425B-1.244 5-1.906 1-2.4806R0.975 20.85720.8607而李建军等心的研究发现:不同学者对于Eso和q。之间的比例关系相差--个数量级之多,对于工程应用很不可靠。因此，针对不同工程的土质条件,需要通过试验研究寻找合适的比例关系。结合本次试验结果:图8表示的是在不同水泥掺人比条件下,普通水泥土和专利水泥土的Eso 与q.的关系图。对于普通水泥土,水泥掺人比为8%和12%时,无侧限抗压强度q。在0.69~3.20MPa之间,对应的变形模量Ego在247.30-666.40MPa之间,Eso约为(170~300)qa;对于专利水泥土,水泥掺人比为4%、8%、12%和16%时,无侧限抗压强度qu在0.33-5.09 MPa之间,对应的变形模量Ex在58.66~-1 196.28 MPa,Eso约为(190~370)quo根据两种水泥土上下限趋势线及均值趋势线分析,专利水泥土的趋势线均位于普通水泥土对应趋势线的上方,可以认为在强度相近的条件下,专利水泥土的变形模量均值要高于普通水泥土,此结果表示在相同的荷载条件下，以专利水泥土为桩体的多支盘桩更有利于减小桩体的变形,从而也有利于多支盘桩抗拔承载力的发挥。2.2.3破坏应变与强度之间的关系图9是普通水泥土和专利水泥土的破坏应变Ey与抗压强度qu之间的关系图。图示结果显示,水泥土的破坏应变随强度的提高而减小，说明随着水泥土强度的提高,水泥土的破坏模式趋于脆性破坏。此结果说明,在以水泥土作为桩体的多扩大支盘桩承受上拔荷载时,提高水泥土的强度,不仅有利于提高单桩抗拔承载力，而且有利于减小桩体的压缩变形。比较两种水泥土在强度相近条件下的破坏应变,其值比较接近,说明掺人专利添加剂并没有明显改变水泥土自身的破坏模式,其主要作用是提高水泥土的强度。试验结果分析表明,水泥土的破坏应变与无侧限抗压强度之间较好地符合对数关系,可以拟合两个物理量之间的相关关系,即e=AInq.+B。拟合曲线的参数如下表5所示,从表5中可以看出,相关系数较高,拟合效果较好。表4专利水泥土的试验参数_28d425.1400385.7700419.670 0-537.3500-364.9400-365.42000.906 90.81610.842 0表5水泥土的试验参数普通水泥土专利水泥土R2-0.569 01.24570.751 3-0.492 01.5000.5514图7不同水泥掺入比时变形模量2.3应力-应变关系通过分析发现专利水泥土的应力-应变关系曲线和正常固结粘性土硬化阶段的双曲线四相似,因此采用正常固结粘性土硬化阶段的双曲线拟合专利水泥土的应力应变曲线,拟合公式如下σ=8(a+b&)(4)式中,σ为应力,MPa;ε为应变, %;a.b为拟合参数。图10为所选取的龄期为28 d的不同水泥掺人比条件下专利水泥土应力-应变关系中比较典型的曲线,并进行了双曲线拟合,拟合结果如表6所示。q。/MPaquMPa(a)普通水泥土(b)专利水泥土图8变形模量Exo与无侧限抗压强度9.之间的关系图图9破坏应中国煤化工旬的关系图分析图示拟合曲线与实测曲线对比情况,双曲线模型能比较好的MHCNMHG变关系在硬化阶段的非线性特征。第3期方咸美等:掺人专利添加剂的水泥土力学性质的试验研究41表6拟合结果试样编号龄期ld_aw/%ap1%_ab_480.1105.402 8280.11240.396 4120.06890.462 61660.093 10.092 8图10σ-ε曲线的双曲线拟合3结论基于提高多支盘桩桩体强度和变形性能的目的,采用室内试验的方法对未掺添加剂的普通水泥土和掺人专利添加剂的专利水泥土的强度发挥和变形特性进行了比较系统的研究,并得到如下结论:(1)专利添加剂可以比较明显的提高水泥土的强度,能够达到强化多支盘桩的桩体强度,提高单桩抗拔承载力的目的;(2)水泥土的强度、变形模量和水泥掺人比之间的关系以及破坏应变和无侧限抗压强度之间均存在比较好的相关关系,并可以按对数关系进行拟合;(3)专利添加剂有利于提高加载时的比例界限荷载值,掺人添加剂的专利水泥土,其线弹性范围增大,在荷载作用下,专利水泥土较普通水泥土更不易产生塑性变形;(4)普通水泥土和专利水泥土,破坏应变均随着其强度的增大而减小,在强度相近的情况下,两者的破坏应变比较接近,结合其应力-应变关系,说明掺人专利添加剂并没有明显改变水泥土的破坏模式;(5)双曲线模型可以较好的反映专利水泥土在硬化阶段的应力应变关系,可以为相关的设计计算提供理论参考。参考文献:[1]余建民,冯翠红.李远多支盘加筋水泥上桩抗拔机理研究[].铁道建筑,2011(1):41-43.[2] 建设部综合勘察研究设计院GB/T50021-2001岩土工程勘察规范[S]北京:中国建筑工业出版社,2001.[3]南京水利科学研究院. CB/T50123-1999土工试验方法标准[S].北京:中国计划出版社. 199.9[4] 陈勉,宋少华,沈剑林,陈越.水泥粉喷桩桩体水泥黑土力学性质试验研究[].岩土工程学报,2001 ,23(3):302-305.[5] 燕仲或.水泥土添加剂室内试验研究[D].南京:东南大学.2010.[6]周丽萍,申向东.水泥土力学性能的试验研究[].硅酸盐通报,2009,28(2):359365.[7] 汤怡新,刘汉龙,朱伟.水泥固化土工程特性试验研究[],岩土工程学报,020(5).549-554<.5[8] 李建军,梁仁旺.水泥土抗压强度和变形模量试验研究[].岩士力学,2009 ,30(2):473 477.[9]李广信.高等土力学(M].北京:清华大学出版社,2004.Experiment research of mechanical property of cement- -stabilized soil added withpatented additiveFANG Xianmei, GU Huanda, YIN Zhiwen(School of Civil Engineering, SUST, Suzhou 21501 1, China)Abstract: In this paper, the laboratory tests of cement- -tabilized soil added and non-added with patented addi-tive depend on reinforced expand branch disk cement- -soil pile had been carried out. The conclusion shows thatthe patented additive can obviously promote the cement- -stabilized soil's strength and deformation behavior. Thispaper has also analyzed the variation of the strength performance and deformation behavior of the common ce-ment- stabilized soil and the modified cement-stabilized soil, and the relationship of the stress- strain. And finallythe paper has presented the ftting analysis of the stress -strain relationship of the_ soil, which will be of somepractical engineering reference.中国煤化工Key words :cement-stabilized soil; additive ;unconfined compressive strenMYHCNMH G(责任编辑:秦中悦)