含杂土质黏土填筑材料基本性能试验研究.pdf
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1、第 卷 第期湘潭大学学报(自然科学版)V o l N o 年月J o u r n a l o fX i a n g t a nU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)F e b D O I:/j i s s n X 引用格式:杨伟军,何欣,杨建宇含杂土质黏土填筑材料基本性能试验研究J湘潭大学学报(自然科学版),():,C i t a t i o n:YAN G W e i j u n,HEX i n,YANGJ i a n y u E x p e r i m e n t a ls t u d yo nb a s
2、i cp r o p e r t i e so fc l a yf i l lm a t e r i a l sc o n t a i n i n gh e t e r o g e n e o u ss o i l sJJ o u r n a lo fX i a n g t a nU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n),():,含杂土质黏土填筑材料基本性能试验研究杨伟军,何欣,杨建宇(长沙理工大学 土木工程学院,湖南 长沙 )摘要:为了解决目前堤防工程存在的地基软、筑堤土料不足等问题,就近选取堤防工程附近的含杂土
3、质黏土,添加适当的固化剂和活性剂,经充分混合、搅拌后通过管道泵送,开发出施工效率高、防渗性能好的轻质堤防材料通过改变水泥、黏土、泡沫掺量等,采用正交试验和极差分析获得改性土各影响因素主次大小关系利用扫描电子显微镜对不同泡沫、锂渣掺量的改性土内部的气孔结构进行微观分析,观测孔隙率大小和气孔连通性实验结果表明:各个因素对改性土抗压强度、吸水率影响的顺序由大到小为水泥、泡沫、水灰比、黏土掺入粉煤灰、锂渣可以提高改性土的抗压强度,该材料改善了含杂土质黏土的基本性能,适用于堤防工程关键词:改性土;堤防材料;正交试验;配合比中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:X()E x p e r i m e n
4、 t a l s t u d yo nb a s i cp r o p e r t i e so f c l a yf i l lm a t e r i a l s c o n t a i n i n gh e t e r o g e n e o u s s o i l sY ANG W e i j u n,HEX i n,Y ANGJ i a n y u(S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,C h a n g s h aU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y
5、,C h a n g s h a ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t o s o l v e t h e c u r r e n t p r o b l e m s o f s o f t f o u n d a t i o na n d i n s u f f i c i e n t s o i lm a t e r i a l f o r e m b a n k m e n t c o n s t r u c t i o n,a l i g h t w e i g h t e m b a n k m e n tm a t e r i a lw
6、 i t hh i g hc o n s t r u c t i o ne f f i c i e n c ya n dg o o d i m p e r m e a b i l i t yw a sd e v e l o p e db ys e l e c t i n gac l a yc o n t a i n i n gm i s c e l l a n e o u ss o i ln e a rt h ee m b a n k m e n tp r o j e c t,a d d i n ga p p r o p r i a t ec u r i n ga g e n t a n da
7、 c t i v ea g e n t,a n dp u m p i n gi t t h r o u g hp i p e l i n ea f t e r t h o r o u g hm i x i n ga n ds t i r r i n g B yc h a n g i n gt h ec e m e n t,c l a ya n df o a ma d m i x t u r e,o r t h o g o n a lt e s ta n de x t r e m ed i f f e r e n c ea n a l y s i sw e r eu s e dt oo b t
8、a i nt h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r ys i z er e l a t i o n s h i p so fe a c hi n f l u e n c i n gf a c t o ro f t h em o d i f i e ds o i l S c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p yw a su s e d t om i c r o s c o p i c a l l ya n a l y z e t h ep o r e s t r u c t u r e i n s i d
9、e t h em o d i f i e ds o i l sw i t hd i f f e r e n t f o a ma n d l i t h i u ms l a ga d m i x t u r e s t oo b s e r v e t h ep o r o s i t ys i z e a n dp o r e c o n n e c t i v i t y T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a t t h eo r d e ro f t h e i n f l u e n c eo fe a
10、c hf a c t o ro nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dw a t e ra b s o r p t i o no f t h em o d i f i e ds o i lw a sc e m e n t,f o a m,w a t e r c e m e n t r a t i o,a n dc l a y i nd e s c e n d i n go r d e r M i x i n gw i t hf l ya s ha n d l i t h i u ms l a gc a n i m p r o v e t
11、h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho f t h em o d i f i e ds o i l,a n d t h em a 收稿日期:基金项目:湖南省水利科技基金资助项目(X S K J )通信作者:杨建宇(),男,湖南长沙人,博士,讲师,硕士生导师 E m a i l:q q c o mt e r i a l i m p r o v e st h eb a s i cp r o p e r t i e so fc l a yc o n t a i n i n gm i s c e l l a n e o u ss o i l sa n di
12、 ss u i t a b l ef o re m b a n k m e n tp r o j e c t s K e yw o r d s:m o d i f i e ds o i l;e m b a n k m e n tm a t e r i a l;o r t h o g o n a l t e s t;c o m p a t i b i l i t yr a t i o引言我国洪涝灾害频发,洪涝灾害造成的人民生命财产损失和公共设施毁坏,对我国的国民经济具有一定的冲击堤防工程是应用最广泛的防洪工程,筑堤可以有效地抵御洪水泛滥,保护人民日常生活和工农业生产但是大部分堤防工程堤基条件差、
13、堤后坑塘多,同时,河水的冲刷会使河堤土体软化,材料强度降低,导致河堤产生裂缝和沉降,影响其结构稳定性,裂缝随着时间的推移不断变大,最终导致溃堤人类生产活动对生态产生了破坏,需要减少土壤开采,使用环境友好型材料针对土堤原料土需求量大、生态破坏等问题,需要对含杂土质黏土进行原位改性处理,目前已经有许多国内外学者采用单一材料进行改良,例如,乔国刚等研究发现使用泡沫对细砂、粗砂土进行改良,可以降低砂土的渗透系数,增强土的压缩性王建国等研究发现掺入水泥的改性土压实度高、抗渗性能强最初的固化材料为水泥,后来逐渐把粉煤灰和石灰作为辅助固化材料用来改良黏土闫敏等研究发现使用水泥、石灰石和粉煤灰对回填土进行改性
14、处理后,其强度得到了增强张兰芳研究发现锂渣对提高混凝土的强度有明显的作用,采用锂渣或锂渣和其他工业废渣复合配制的混凝土,强度高、流动性大,坍落度损失小锂渣可以提高混凝土强度,改善混凝土性能,用锂渣和矿渣或粉煤灰可配制高强泵送混凝土,用于高强且需泵送的混凝土工程中以锂渣或锂渣和其他工业废渣取代部分水泥配制锂渣混凝土,可以在保证混凝土各项性能的前提下,节约水泥,降低工程造价,对废渣的有效利用及环境保护具有重要的意义然而,很少有研究采用含杂土质黏土作为研究对象,且很少研究使用锂渣改良含杂土质黏土并运用于堤防工程鉴于此,本文利用正交试验和单因素试验探索了含杂土质黏土的配比,并在此基础上进行了堤防工程所
15、需的基本性能研究因此,本文通过试验研究开发了一种改性土,即就近选取堤防工程附近的砂质黏土,添加固化剂、水和活性剂,通过管道自动化泵送填筑通过改变影响因素掺量,利用正交试验和极差分析获得改性土各影响因素主次大小关系,对改性土容重、抗压强度和吸水率等基本性能进行试验研究,为堤防材料开发及应用提供理论参考和技术支撑100806040200小于某粒径的质量百分比/%1010.10.01粒径/mm图颗粒级配累计曲线图F i g G r a i nc u m u l a t i v eg r a d i n gc u r v e试验方案本研究的试验方案主要为原材料性能及正交试验配比 原材料本着经济适用的原
16、则,本研究采用固化剂为P O 级 普 通 硅 酸 盐 水 泥,发 泡 剂 选 取L G 植物源复合发泡剂,原料土采用含杂土质黏土,根据土的物理性质和颗粒级配测定为黏性土,其塑性指数为 ,黏土的颗粒级配累计曲第期杨伟军,等含杂土质黏土填筑材料基本性能试验研究线如图所示,基本性质如表所示表黏土基本性质T a b B a s i cp r o p e r t i e s o f c l a y土类型天然密度/(k gm)天然含水率/液限WL/塑限WP/液限指数IL/塑限指数IP/黏性土 试验配比通过改变水泥、黏土、泡沫掺量和水灰比,采用正交试验和极差分析获得改性土各影响因素主次大小关系,试验方案为三
17、水平四因素正交试验,正交试验配比如表所示表正交试验配比表T a b O r t h o g o n a l t e s tp r o p o r t i o n i n g t a b l e组号A水泥/(k gm)B黏土/(k gm)C泡沫/(Lm)D水灰比 制备过程及试验依据为了获得更好的流动性,试验前先将含杂土质黏土烘干并过mm筛子,活性剂按 稀释后加入发泡机内,通过发泡机制作密度为 k g/m的稳定气泡群先按配比将称量好的水泥、黏土倒入搅拌机内混合均匀,然后加水搅拌m i n,再将泡沫加入搅拌机中搅拌不超过m i n,最后将水泥浆倒入边长为 mm的立方体模具中进行养护改性土通过管道泵送
18、无须振捣、碾压,可有效解决土堤压实难的技术问题,提高堤防工程效率改性土流动度、容重、抗压强度测定方法参照 气泡混合轻质土填筑工程技术规程(C J J/T ),吸水率试验公式参照 泡沫混凝土(J G/T )流动度应控制在 mm,流动度过小,管壁内摩阻力太大,容易产生堵管流动度过大,拌和物长时间在管道中容易泌水,导致离析、消泡(a)(b)(c)图(a)黏土;(b)泡沫;(c)发泡机F i g (a)C l a y;(b)F o a m;(c)F o a m i n gm a c h i n e湘潭大学学报(自然科学版)年用高 mm,直径 mm的光滑塑料圆筒和一块平板进行试验,将拌和物装入圆筒后并缓
19、慢垂直向上提起,用钢尺测量拌和物摊开的直径并记录,每组试样进行次平行试验,以平均值作为最终的流动值抗压强度试验采用试件的规格为 mm mm mm的标准立方体试件,养护至规定龄期后采用微机控制万能试验机WDW C连续均匀地对试样进行加荷,直至破坏试验过程如图所示(a)(b)图(a)流动性试验;(b)抗压强度试验F i g (a)F l u i d i t y t e s t;(b)C o m p r e s s i v e s t r e n g t ht e s t结果分析本研究依据规范 堤防工程设计规范(G B )黏性土筑堤标准,试验结果采用软件分析 改性土基本性能的研究添加泡沫对粉质黏土进
20、行改性,可以减少对原料土的需求量且实现管道运输,保护生态环境的同时减轻了土堤荷载、提高了施工效率根据试验结果,得到改性土的湿容重和流动度,如图所示,符合规范要求堤防工程对土堤强度、变形有严格规定的标准,改性土作为堤防材料要满足堤防要求的强度、变形指标抗压强度是改性土在实际应用中最为重要的参数,反映其力学性能,如图所示,改性土的抗压强度随时间增加而增强这是因为水泥在水化过程中,生成水化硅酸钙凝胶(CS H)和氢氧化钙等产物,逐渐填充孔隙,内部结构越来越密实,强度随之增加根据规范压实度不应小于 ,其抗压强度不应小于 M P a,组号、满足规范要求123456789组号123456789湿容重流动度
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- 关 键 词:
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