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  • 文件名称:水泥土配合比试验规程
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  • 发布时间: 2021-09-08
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使用说明:

中华人民共和国行业标准

水泥土配合比试验规程

Specification for Mix Proportion Test

of Cement-mixed Soil

    

本规程根据住房和城乡建设部建标〔2008102号的要求进行编制。

水泥土作为道路路面基层、护坡修筑、衬砌注灌、地基加固、基础夯土和铺垫等工程的常见材料,具有经济耐久、就地取材、施工简便等优点。近年来,以其施工期短、可加固深度大、处理效果好等特点广泛应用在软弱地基加固处理工程中。

对于水泥土的室内配合比设计及基本性能试验,国内目前尚无同类标准。本规程编制组在编制过程中充分考虑了近年来全国有代表性土质地区水泥土施工技术及工艺的变化,针对近年来水泥土在生产和施工中出现的新问题,广泛收集资料,开展调查研究在大量试验研究的基础上,参考了诸多相关的技术资料和标准规范,提出水泥土室内配合比设计方法,并统一了设计中常用的水泥土相关参数的试验方法。

本规程由总则、术语及符号、基本规定、原材料、配合比设计、试件制备、试验方法共七章组成。

    本规程由住房和城乡建设部负责管理,由福建建工集团总公司和福建省建筑科学研究院负责具体技术内容解释。在执行本规程的过程中,希望各单位注意积累资料,总结经验,随时将意见和建议寄至:福州市杨桥中路162号,福建省建筑科学研究院《水泥土配合比试验规程》编制组(邮编:350025E-mail: lyteng@126.com),以供今后再次修订时参考。

本规程主编单位:福建建工集团总公司  福建省建筑科学研究院

本规程参加单位:同济大学  天津市建筑科学研究院  陕西省建筑科学研究院

浙江省建筑科学设计研究院  吉林省建筑科学研究设计院

本规程主要起草人:张蔚  戴益华  叶观宝  徐燕  唐蕾  张展弢 林云腾 

张耀年  孙长吉

 本规程首次发布。

    

1  总则………………………………………………………………………………………1

2  术语、符号………………………………………………………………………………2

2.1  术语………………………………………………………………………………2

2.2  符号………………………………………………………………………………2

3  基本规定…………………………………………………………………………………4

4  原材料……………………………………………………………………………………5

5  配合比设计………………………………………………………………………………6

6  试件制备…………………………………………………………………………………8

6.1  仪器设备…………………………………………………………………………8

6.2  试样的搅拌、成型与养护………………………………………………………8

7  试验方法 ………………………………………………………………………………10

7.1  重度试验 ………………………………………………………………………10

7.2  无侧限抗压强度试验………………………………………………………… 10

7.3  压缩模量试验………………………………………………………………… 11

7.4  变形模量试验………………………………………………………………… 12

7.5  抗剪试验……………………………………………………………………… 12

7.6  抗渗试验……………………………………………………………………… 12

本规程用词说明……………………………………………………………………………14

条文说明……………………………………………………………………………………15

标准引用名录………………………………………………………………………………24

Contents

1 General……………………………………………………………………………………1

2 Terms & Symbols…………………………………………………………………………2

2.1 Terms………………………………………………………………………………2

2.2 Symbols……………………………………………………………………………2

3 Basic regulation ………………………………………………………………………4

4 Rough materials…………………………………………………………………………5

5 Mix proportion test……………………………………………………………………6

6 Sample Making……………………………………………………………………………8

6.1 Instruments and equipments …………………………………………………8

6.2 Sample mixing, molding and curing…………………………………………8

7 Test Methods ……………………………………………………………………………10

7.1 Density test ……………………………………………………………………10

7.2 Unconfined compressive strength test ……………………………………10

7.3 Compression module test  ……………………………………………………11

7.4 Deformation module test………………………………………………………12

7.5 Shear strength test……………………………………………………………12

7.6 Permeability test………………………………………………………………12

 Explanation of word definition  ……………………………………………………14

 References of quoted standards  ……………………………………………………15

 

 

总则

1.0.1 为了在用水泥土进行地基处理的设计和施工中贯彻执行国家的技术经济政策,统一水泥土室内配合比及相关物理力学性能试验方法,做到技术可靠,经济适用,确保质量,制定本规程。

1.0.2 本规程适用于采用水泥作为固化剂加固软弱土的水泥土室内配合比及相关物理力学性能试验。

1.0.3 在进行水泥土室内配合比及相关物理力学性能试验时,除应遵守本规程的规定外,尚应符合现行国家相关标准的有关规定。

1


术语、符号

2.1   

2.1.1 水泥土   Cement-mixed soil

待加固的软弱土中注入水泥浆(或水泥干粉)并经搅拌处理后形成的具有一定强度的水泥加固土。

2.1.2 水泥掺入比   Ratio of cement added to soil

掺入的水泥质量与湿土的质量比值,以百分数表示。

2.1.3 水泥浆水灰比   Ratio of water to cement

水泥浆中水与水泥的质量比。

2.1.4 重度  Density

单位体积内水泥土拌合物的重量。

2.1.5 无侧限抗压强度   Unconfined compressive strength

水泥土在无侧限压力的条件下,抵抗轴向压力的极限强度。

2.1.6 压缩模量  Compression module

水泥土在侧限条件下受压时,竖向有效压力与竖向应变的比值。

2.1.7 变形模量  Deformation module

当垂直应力达50%轴心抗压强度时,水泥土的应力与应变的比值。

2.1.8 抗剪强度参数  Coefficient of shear strength

表征水泥土抗剪性能的指标,包括粘聚力和内摩擦角。

2.1.9 渗透系数  Coefficient of permeability

水泥土中水渗流呈层流状态时,其流速与作用水力梯度成正比关系的比例关系。

2.2 符号

 ——水泥掺入比(%)

——风干土的质量(kg)

——水泥的质量(kg)

 ——土的天然含水率(%)

——风干土的含水率(%)

2

——水的质量(kg)

 ——水泥浆水灰比(%)

——外加剂的质量(g);

——外加剂的掺量(%)

——水泥土重度(N/m3);

——试验期为i天的水泥土无侧限抗压强度(MPa);

——容量筒质量(g);

——容量筒和水泥土拌合物总质量(g);

——容量筒容积(L);

——直剪快剪试验得出的水泥土粘聚力(MPa);

——直剪快剪试验得出的水泥土内摩擦角(°);

——不固结不排水三轴压缩试验得出的水泥土粘聚力(MPa);

——不固结不排水三轴压缩试验得出的水泥土内摩擦角(°);

——水泥土密度(g/m3);

——水泥土含水率(%)

——水泥土比重;

——水泥土变形模量(MPa);

——水泥土渗透系数(cm/s)

3


基本规定

3.0.1 在进行水泥土室内配合比试验前,应完成下列工作:

搜集详细的岩土工程勘察资料。

根据工程的要求和设计的目的,确定水泥土配合比试验所需的各种材料及其性能。

结合工程情况,了解当地相关经验、水泥土配合比试验资料和影响水泥土强度的因素。对于有特殊要求的工程,尚应了解其它地区类似工程经验。

3.0.2 水泥土室内配合比及相关物理力学性能试验应确定以下内容:

用水泥加固不同种类软土的可能性。

加固各种软土最合适的水泥品种。

水泥土的水泥掺入比、水泥浆水灰比和外加剂。

水泥土强度增长的规律,建立不同龄期强度之间的换算公式。

水泥土的无侧限抗压强度、重度、压缩模量、变形模量、抗剪强度和渗透系数等物理力学性能指标。

3.0.3 水泥土的物理力学性能指标评定应以90d龄期为准,当有可靠经验时,可用较早龄期的参数进行推算。对有特殊要求的工程可按现行相关规范要求执行。

3.0.4 每种配合比至少应进行7d28d90d三种龄期的试验。

                                                                                                     

4


原材料

4.0.1 试验用土应符合以下要求:

试验用土应从工程现场取样。

土样应进行天然含水率的试验,如有特殊要求时,可增加土样其它相关性能的试验。

土样应风干、碾碎,过5mm筛备用,并测定其含水率。

4.0.2 试验用水泥应符合以下要求:

水泥宜用强度等级为32.5级及以上的通用硅酸盐水泥,应采用工程现场拟使用的新鲜水泥,特殊用途的水泥土可采用特种水泥。

试验前应测定水泥质量,并应符合国家标准《通用硅酸盐水泥》GB 175的要求。

4.0.3 试验用水宜采用饮用水或自来水,特殊情况下,可采用工程现场用水 。

4.0.4 试验用外加剂应符合以下要求:

可根据工程需要和土质条件选用不同类型的外加剂,掺量应通过试验或工程经验确定。

外加剂质量应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB 8076的要求。

5


配合比设计

5.0.1 水泥土配合比的确定应按下列步骤进行:

确定水泥掺入比基准值。

通过试拌选取水泥浆水灰比。

计算各材料用量比例。

进行水泥土试配。

配合比的调整和确定。

5.0.2 水泥掺入比基准值可根据当地经验按设计要求的水泥土性能指标确定,也可按设计要求的水泥掺入比确定。水泥掺入比宜取7%25%

水泥掺入比应按式(5.0.2)计算:

                               (5.0.2)

5.0.3 水泥浆水灰比应通过观察试拌的水泥土拌合物塑性情况确定,并应保证施工时的可喷性。当采用湿法施工时,所配制水泥浆的水灰比宜取0.451.0

5.0.4 水泥土各材料用量应按下列步骤确定:

应确定试验所需风干土的质量;

依据选定的水泥掺入比基准值,掺入的水泥质量应按式(5.0.4-1)计算:

                                              (5.0.4-1)

式中:——风干土的质量(kg)

——水泥的质量(kg)

 ——土的天然含水率(%)

——风干土的含水率(%)

依据选定的水泥浆水灰比,加水量应按式(5.0.4-2)计算:

                 (5.0.4-2) 

式中:——水的质量(kg)

 ——水泥浆水灰比。

外加剂的用量应按式(5.0.4-3)计算:

                     (5.0.4-3)

6

式中:——外加剂的质量(kg)`

——外加剂的掺量(%),可根据外加剂性能按经验取值。

5.0.5 水泥土试配时至少应采用三个不同的配合比,其中一个配合比的水泥掺入比应为基准值,另外两个配合比的水泥掺入比,宜较基准值分别增加和减少3%。

5.0.6 根据试配结果,宜选定符合设计要求的较小水泥掺入比所对应的配合比。若试配结果不满足设计要求,则应调整配合比重新进行试验。

7


试件制备

6.1 仪器设备

6.1.1 试模应符合下列规定:

1立方体试模尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm,棱柱体试模尺寸为70.7 mm×70.7mm×210mm,试模内表面不平整度为每100mm不超过0.05mm,各相邻面的不垂直度不超过±0.5°。

圆柱体试模应采用以下三种尺寸:

1)内径 39.1㎜,高度80㎜;

2)内径 61.8㎜,高度100㎜;

3)内径 101㎜,高度150㎜。

试模内侧光滑、防渗,具有足够刚度、稳固可靠并便于拆卸。

6.1.2 其它主要仪器设备应符合下列规定:

环刀:采用不锈钢材料制成,内径为61.8㎜、高度为20㎜或40mm

天平:称量土料用天平量程为30kg、分度值为10g;称量水泥和水用天平量程为15kg、分度值为1g;称量外加剂用天平量程为200g、分度值为0.01g

捣棒:直径10mm、长350mm,端部磨圆。

搅拌机:属行星式,转速可调,宜为(100~400r/min,在搅拌时可封闭。

振动台:符合《混凝土试验室用振动台》JG/T 3020的要求。

6.2 试样的搅拌、成型与养护

6.2.1 每批试样宜一次搅拌成型,搅拌方式可采用机械搅拌或人工搅拌。在投料前先润湿搅拌锅,然后均匀混合风干土和水泥,再洒水并搅拌,直至均匀。搅拌时间不应超过20min

6.2.2 成型应符合下列规定:

成型试验室环境条件:温度(20±5)℃,相对湿度不低于50%

成型前,试模内表面涂一薄层矿物油或其它不与水泥土发生反应的脱模剂。

水泥土搅拌后尽快成型,成型时间不超过25min

试样成型按下列步骤进行:

1)试样高度不大于100mm时拌合物分两层插捣,试样高度大于100mm时拌合物分三层插捣。每层装料高度大致相等。

2)每层按螺旋方向从边缘向中心均匀插捣15次。在插捣底层拌合物时捣棒应达到试模底部,插捣中、上层时捣棒应贯穿该层后插入下一层(5~15mm,插捣时捣棒应保持竖直。插捣后用油灰刀或刮刀沿试模内壁插拔数次。

8

3)试模附着或固定在振动台上振实,振实时间不低于2min,振实后拌合物应高出试模上沿口。

4)直剪快剪试验、压缩试验和抗渗试验用试件应在振实后的立方体试样中徐徐压入环刀,环刀顶沿应低于试模上沿口5mm以上。

5)将高出试模上沿口的水泥土沿试模顶面削去,立即抹平试件并用塑料薄膜覆盖表面。

6.2.3试件养护应符合下列规定:

试件在(20±5)℃的环境条件下静置48h后拆模。

2带环刀试件在拆模后将环刀外侧及两端的水泥土削去,直剪快剪试验用试件还应将环刀内的试件缓缓推出。

拆模后的试件立即竖直放入(20±1)℃水中养护,间隔不小于10mm,水面高出试件表面不小于20mm

9


试验方法

7.1 重度试验

7.1.1 本方法适用于测定水泥土拌合物的重度。

7.1.2 主要仪器设备应符合下列规定:

容量筒:金属制成,内径109mm,筒壁厚约2mm,内壁光滑无毛刺,容积为1L

天平:量程15000g,分度值1g

振动台:见本规程6.1.6条的规定。

7.1.3重度试验应按下列步骤进行:

1水泥土搅拌按本规程6.2.1条的规定进行。

称取容量筒质量,精确至1g

3 将水泥土拌合物装入容量筒,装料、插捣、振实及抹平按本规程6.2.2条第4款第1)、2)、3)和5)项的规定进行。

称取容量筒和水泥土拌合物总质量,精确至1g

7.1.4 试验结果计算及确定应按下列方法进行:

1 重度应按式(7.1.4)计算:

                                               7.1.4

式中: ——水泥土重度(N/m3),精确至10 N/m3

       ——容量筒质量(g);

——容量筒和水泥土拌合物总质量(g);

——容量筒容积(L);

——重力加速度,9.8N/kg

2本试验进行两次平行测定,以两次试验结果的平均值作为测定值,当两次试验结果相差超过2%时,应重新进行试验。

7.2 无侧限抗压强度试验

7.2.1 本方法适用于测定水泥土立方体试件的无侧限抗压强度。

7.2.2 压力试验机应符合下列规定:符合《液压式压力试验机》GB/T 3722及《试验机通用技术规程》GB/T 2611的要求,测量精度为±1%,试件破坏荷载在压力试验机全量程的20%~80%之间,具有加荷速度控制装置,并能均匀、连续加荷。

7.2.3 试件制备应按本规程第6章的规定进行。

7.2.4 无侧限抗压强度试验应按下列步骤进行:

10

试件从养护地点取出后尽快进行试验。

试验前先将试件表面擦拭干净,测量尺寸,并检查其外观。试件尺寸测量精确至1mm,并据此计算试件的承压面积。如实测尺寸与公称尺寸之差不超过1mm,可按公称尺寸进行计算。

将试件安放在试验机下垫板中心,试件的承压面与成型面垂直。启动试验机,当上压板与试件接近时,调整球座,使接触面均衡受压。

以(0.050.25kN/s的速度连续均匀地对试件加荷,直至试件破坏,记录破坏荷载P,精确至10N

7.2.5 试验结果计算及确定应按下列方法进行:

每个试件的无侧限抗压强度按式(7.2.4)计算:

                                               7.2.5

式中:——试验期为i天的水泥土无侧限抗压强度(MPa),精确至0.01 MPa

   ——破坏荷载(N);

   ——试件的承载面积(mm2)。

以一组六个试件测定值的平均值作为该组试件的无侧限抗压强度,平均值计算精确至0.01 MPa

当六个试件的最大值或最小值与平均值之差超过20%时,以中间四个试件的平均值作为该组试件的无侧限抗压强度。

7.3压缩模量试验

7.3.1 本方法适用于测定水泥土的压缩模量。

7.3.2 仪器设备应符合《土工试验方法标准》GB/T 50123 14.1.2条的规定。环刀内径61.8mm,高20mm

7.3.3 试件制备应按本规程第6章的规定进行。

7.3.4 压缩模量试验应按下列步骤进行:

    试件从养护地点取出,立即擦干表面的可见自由水,并按《土工试验方法标准》GB/T 501235.1节测定水泥土密度

按《土工试验方法标准》GB/T 5012314.1.5条第123款测定某级压力下试件的变形量。施加的各级垂直压力宜为50kPa100kPa200kPa300kPa400kPa。每级荷载下压缩1h后,测量试件的压缩量,最后一级荷载需测量加压1h24h后的压缩量。

11

从破坏试件内部取代表性样品,按《土工试验方法标准》GB/T 501234章测定水泥土含水率

从破坏试件中取代表性样品,按《土工试验方法标准》GB/T 501236.2节测定水泥土比重

7.3.5 试验结果计算应按《土工试验方法标准》GB/T 5012314.1.614.1.10条进行。

7.4变形模量试验

7.4.1 本方法适用于测定水泥土棱柱体试件的变形模量。

7.4.2 试件制备应按本规程第6章的规定进行。

7.4.3 变形模量试验应按《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ 708章进行。试验过程中加载速度为(0.050.25kN/s,控制荷载值为50%的轴心抗压强度,变形模量计算结果应精确至1MPa

7.5  抗剪试验

7.5.1 测定抗剪强度参数cφ宜采用直剪快剪试验。

本试验应制作3组共15个试件,试件制备应按本规程第6章的规定进行。

直剪快剪试验应按《土工试验方法标准》GB/T 5012318.3节进行。施加于试件的垂直压力宜分为5级,每级荷载分别为50kPa100kPa200kPa300kPa400kPa。以三组试件测定结果的平均值作为抗剪强度结果。

7.5.2 测定三向应力状态下水泥土的不排水抗剪强度参数cu宜采用不固结不排水三轴压缩(UU)试验。

仪器设备应符合《土工试验方法标准》GB/T 5012316.2节的规定。

本试验应制作312个试件,试件制备应按本规程第6章的规定进行。

             圆柱体试件从养护地点取出后,应立即按下列要求测量直径和高度,精确至0.1mm

   1)按式(7.5.2)计算试件的平均直径:

                                           7.5.2

式中:D0——试样的平均直径(mm),精确至0.1mm

D1——试样上部位的直径(mm);

D2——试样中部位的直径(mm);

D3——试样下部位的直径(mm)。

2)用卡尺沿圆周对称的十字方向四处量取高度,取其平均值作为该试件的平均高度,精确至0.1mm

试验步骤应按《土工试验方法标准》GB/T 5012316.4节进行。以三组试件测定结果的算术平均值作为抗剪强度结果。

12

7.6  抗渗试验

7.6.1 本方法适用于测定水泥土的渗透系数。

7.6.2试件制备应按本规程第6章的规定进行。

7.6.3 抗渗试验应按《土工试验方法标准》GB/T 5012313.3节进行。试验采用的纯水应符合《土工试验方法标准》GB/T 5012313.1.2条的规定。

13


本规程用词说明

1  为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:

1.1  表示很严格,非这样做不可的用词:

  正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;

1.2  表示严格,在正常情况下均应这样做的用词:

  正面词采用“应”,反面词用“不应”或“不得”;

1.3  表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的用词:

正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;

表示有选择,在一定条件下可以这样做的用词采用“可”。

2  规范中指定按其他有关标准、规范的规定执行时,写法为“应符合……的规定”或“应按……执行”。

14

                                                                    

中华人民共和国行业标准

水泥土配合比试验规程

条 文 说 明

15


    

1  总则 …………………………………………………………………………………… 18

3  基本规定 ……………………………………………………………………………… 18

4  原材料……………………………………………………………………………………20

5  配合比设计………………………………………………………………………………20

6  试件制备…………………………………………………………………………………21

6.1  仪器设备…………………………………………………………………………21

6.2  试样的搅拌、成型与养护………………………………………………………21

7  试验方法…………………………………………………………………………………22

7.1  重度试验…………………………………………………………………………22

7.2  无侧限抗压试验…………………………………………………………………22

7.3  压缩模量试验……………………………………………………………………22

7.4  变形模量试验……………………………………………………………………22

7.5  抗剪试验…………………………………………………………………………22

16


Contents

1 General……………………………………………………………………………………18

3 Basic regulation ………………………………………………………………………18

4 Rough materials…………………………………………………………………………20

5 Mix proportion test……………………………………………………………………20

6 Sample Making……………………………………………………………………………21

6.1 Instruments and equipment……………………………………………………21

6.2 Sample mixing, molding and conservation…………………………………21

7 Test Methods ……………………………………………………………………………22

7.1 Density test ……………………………………………………………………22

7.2 Unconfined compressive strength test ……………………………………22

7.3 Compression module test  ……………………………………………………22

7.4 Deformation module test………………………………………………………22

7.5 Shear strength test……………………………………………………………22

17


总则

1.0.2 水泥一般适用于正常固结的淤泥与淤泥质粘土、粘性土、粉土、素填土(包括冲填土)、饱和黄土、粉砂、以及中粗砂、沙砾(粗粒土中无明显的流动地下水)等地基土的加固。

1.0.3 本条指出了在进行水泥土配合比设计时,还应执行现行的《土工试验方法标准》GB/T 50123、《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002、《软土地基深层搅拌加固法技术规程》YBJ 225-91、《水下深层水泥搅拌桩加固软土地基技术规程》JTJ/T 259-2004、《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》TB 10113-96等标准规定。

基本规定

3.0.1 本条规定在进行水泥土室内配合比试验前应完成的工作,其中强调结合工程情况,了解当地相关经验、水泥土配合比试验资料和影响水泥土强度的因素,对于有特殊要求的工程,尚应了解其它地区相似场地上同类项目经验和使用情况等。

对拟采用水泥加固软弱土的工程,除了常规的工程地质勘察要求外,尚应注意查明:

一、填土层的组成:特别是大块物质(石块和树根等)的尺寸和含量。含大块石对采用水泥土搅拌法的施工速度有很大的影响,所以必须清除大块石等再予施工。

二、土的含水率:当水泥土配方相同时,其强度随土样的天然含水率的降低而增大。试验表明,当土的含水率在50%~85%范围内变化时,含水率每降低10%,水泥土强度可提高30%

三、有机质含量:有机质含量较高会阻碍水泥水化反应,影响水泥土强度的增长。故对有机质含量较高的明、暗浜填土及吹填土应予慎重考虑。对生活垃圾的填土不应采用水泥土方法进行加固。

四、水质分析:对地下水的酸碱度(pH)以及硫酸盐含量等进行分析,以判断对水泥侵蚀性的影响。

五、塑性指数:当土的塑性指数大于25时,水泥和土不易搅拌均匀。

采用水泥土加固砂性土应进行颗粒级配分析。特别注意土的粘粒含量及对水泥有害的土中离子种类及数量,如SO42-Cl-等。

18

根据室内试验,一般认为用水泥作加固料,对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好;而对含有伊利石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、pH值较低的粘性土加固效果较差,当对含有机质或含盐量较高的土进行加固时,需进行试验确定选用适合的水泥类型及掺量,以减少水泥土强度损失。

在某些地区(如海水渗入地区)的地下水中含有大量硫酸盐,因硫酸盐与水泥发生反应时, 对水泥土具有结晶性侵蚀,会出现开裂、崩解而丧失强度。为此应选用抗硫酸盐水泥,使水泥土中产生的结晶膨胀物质控制在一定的数量范围内,藉以提高水泥土的抗侵蚀性能,其掺量需进行试验确定。

影响水泥土的无侧限抗压特性的因素有:水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水率、有机质含量、外加剂、养护条件及土性等。

3.0.2 不同的外加剂对水泥土强度有着不同的影响。如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大,主要起减水作用。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用,而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同,所以选择合适的外加剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。

一般早强剂可选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等材料,其掺量宜分别取水泥质量的0.05%2%0.5%2%;减水剂可选用木质素磺酸钙,其掺入量宜取水泥重量的0.2%;石膏兼有缓凝和早强的双重作用,其掺量宜取水泥质量的2%

水泥土的物理性能指标包括:含水率、重度、比重和渗透系数等;水泥土的力学性能指标包括:无侧限抗压强度、抗剪强度、变形模量、压缩模量、抗冻性和抗蚀性能等。

3.0.3 水泥土的强度随着龄期的增长而提高,一般在龄期超过28d后仍有明显增长,为了降低造价,对竖向承载的水泥土强度取90d龄期试件的立方体无侧限抗压强度平均值;对承受水平荷载和高压喷射注浆的水泥土强度取28d龄期试件的立方体无侧限抗压强度平均值。从无侧限抗压强度试验得知,在其它条件相同时,不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系,其经验关系式如下:

    =(0.470.63)

    =(0.620.80)

   =(1.151.46)

    =(1.431.80)

    =(2.373.73)

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    =(1.732.82)

上式分别为7d14d28d60d90d龄期的水泥土无侧限抗压强度。

当龄期超过3个月后,水泥土的强度增长逐渐减缓。同样,据电子显微镜观察,水泥和土的硬凝反应约需3个月才能充分完成。因此水泥土选用90天龄期强度作为水泥土的标准强度较为适宜。一般情况下,龄期少于3d的水泥土强度与标准强度间关系其线性较差,离散性较大。

原材料

4.0.1 试验用土一般为淤泥、淤泥质土、粘性土、饱和黄土、粉土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等高压缩性土,均从工程场区内挖掘。并搜集拟加固区域内详尽的岩土工程资料,尤其是土层的组成、厚度,软土层的分布范围、分层情况,地下水位及pH值,了解典型土层的物理力学性能指标,主要包括土的含水率、塑性指数、土颗粒级配和有机质含量等,以及地下水的埋藏条件、渗透性和水质成分等。但对硬粘土和含有较多大粒径块石或有大量植物根茎的地基将会影响处理效果。对于含有过多有机质的土层,其处理效果取决于固结体的化学稳定性。对于湿陷性黄土地基,因当前试验资料和施工实例较少,应预先进行现场可行性试验。采用风干土,则干燥过程应采用自然风干,不得使用烘箱或酒精法处理,以防土中的有机质丢失与原土样不符。

配合比设计

5.0.2 根据工程实践,大部分工程的设计人员在进行水泥土加固设计时,均提出了水泥掺入比(或水泥用量)的具体要求,同时也提出了水泥土强度的设计要求,因此在进行水泥土配合比试验时,可以选取设计要求的水泥掺入量作为水泥掺入比基准值。若设计只提供水泥土强度要求,则可按照当地经验确定水泥掺入比基准值。

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根据中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ79的有关规定,采用水泥作为固化剂材料,当其他条件相同时,在同一土层中水泥掺入比不同时,水泥土强度将不同。由于块状加固属于大体积处理,对于水泥土的无侧限强度要求不高,因此为了节约水泥,降低成本,可选用7%12%的水泥掺入比。水泥掺入比大于10%时,水泥土强度可达(0.32)MPa以上。一般水泥掺入比可采用12%20%。水泥土的抗压强度随其相应的水泥掺入比的增大而增大,但因场地土质与施工条件的差异,掺入比的提高与水泥土强度增加的百分比是不完全相同的。基于以上分析本条给出了在水泥土配合比设计时,水泥土一般情况下的水泥掺入比的范围。

5.0.3 水泥浆水灰比应通过试拌,观察水泥土拌合物塑性情况确定。可在水泥用量不变的情况下适当调整水泥浆水灰比,直到水泥土拌合物塑性满足试件成型要求为止。

本条指出了水泥浆水灰比的要求,主要基于三点考虑:一是水泥浆水灰比较低时,水泥浆较稠,在现场施工时不利于水泥浆的泵送;二是水泥浆中所带入的水量对水泥土最终的强度影响不大;三是综合考虑我国相关规范规定的水泥浆水灰比取值范围。

试件制备

6.1 仪器设备

6.1.1 试模分为立方体、棱柱体和圆柱体三种:立方体试模用于无侧限抗压强度试验、压缩模量试验、直剪快剪试验和抗渗试验;棱柱体试模用于变形模量试验;圆柱体试模用于不固结不排水三轴压缩(UU)试验。推荐的三种规格的圆柱体试模为常规土工三轴压缩试验中试件常用的尺寸规格,各根据所采用的三轴仪的允许试件规格取较大值。也有单位在制作水泥土三轴压缩试件时不用圆柱体试模,而是将具有一定强度的立方体试件进行切削打磨。考虑到不同操作人员的操作习惯与精度差异较大,为统一标准,保证试验精度,便于对比,本规程要求全部采用圆柱体试模制作不固结不排水三轴压缩试验用试件。

6.1.2 本条文规定了环刀的尺寸,不同试验选用的环刀不同,在具体试验方法中作出了规定。环刀试件的制作目的是满足水泥土直剪快剪试验、压缩模量试验和抗渗试验对试样规格的要求。

6.1.5 搅拌机可密封是为了防止快速搅拌时水泥土拌合物溅出。

6.2 试样的搅拌、成型与养护

6.2.1  建议搅拌时采用先低速搅拌1min,再高速搅拌30s,停止搅拌并在30s内将包裹在搅拌机叶片和锅壁上的水泥土用油灰刀刮去,如此循环反复,直至搅拌均匀。

6.2.2  综合使用插捣和振动两种方法是因为考虑到不同地区土质差异较大,对水泥土拌合物物成型有不利影响,为减小试验误差,统一成型方法,。

6.2.3  养护条件对水泥土强度影响很大,通常采用标准养护(将试件放入塑料袋中密封(20±2)℃养护)、标准水中养护(将试件浸入20±2)℃的水中养护)、软土养护(将试件包裹在(20±2)℃土样中养护。)三种方式,通过大量试验表明:标准水中养护或软土养护试件强度离散性较小,且明显高于标准养护试件;标准水中养护与软土养护试件的强度无明显差别。为便于操作,本规程提出采用标准水中养护。

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试验方法

7.1 重度试验

7.1.2 容量筒使用前应进行体积校正,体积校正的方法如下:采用一块能覆盖住容量筒顶面的玻璃板,先称取容量筒和玻璃板的质量,然后向容量筒内灌入温度为(20±5)℃的饮用水,灌到接近上沿时,一边不断加水,一边把玻璃板沿筒上沿徐徐推入盖严。应注意使玻璃板下不带入任何气泡。然后擦净玻璃板上面及筒外壁的水分,将容量筒和水连同玻璃板称重,精确至5g,后者与前者称量之差(以kg计)即为容量筒的容积(L)。

7.1.3 水泥土拌合物分三层装入容量筒内,启动振动台开始振实。振动时间视水泥土拌合物的具体情况而定,水泥浆水灰比小的水泥土要延长振动时间,水泥浆水灰比大的水泥土可适当减少振动时间。

7.2 无侧限抗压强度试验

7.2.3  为了避免试件的温度和湿度发生变化,影响试验结果,因此规定试件从养护地点取出后应尽快进行试验。考虑到不同水泥掺入比、不同龄期的水泥土强度差异较大,因此建议水泥土预估强度<1MPa时,加荷速度取(0.050.10kN/s;水泥土强度≥1MPa且<5MPa时,加荷速度取(0.100.20kN/s;水泥土预估强度≥5MPa时,加荷速度取(0.200.25kN/s。另外,从水泥土的应力应变关系可知,除了掺灰比较低、龄期较短情况下水泥土呈塑性破坏外,一般都表现出脆性破坏的特点。通过大量试验表明:水泥土试件在脆性破坏时,压缩变形在1%~10%之间,因此塑性破坏试件可用压缩变形为10%时的荷载作为破坏荷载。

7.3  压缩模量试验

7.3.4 水泥土压缩过程中,每次加荷都要经过一定的时间,水泥土压缩才能稳定。本规程采用的压缩方法为快速压缩法,在最后一级荷载加压24h后,可达到稳定。

7.4  变形模量试验

据有关资料显示,水泥土的峰值应变一般≤1%,且当水泥掺量较高时,水泥土显示脆性破坏的特征。为求减少试验误差,有条件的实验室可采用微机控制的电液伺服万能试验机进行水泥土变形模量试验。

7.5  抗剪试验

7.51 水泥土的抗剪强度指标试验有快剪和慢剪两种。从水泥土的应力应变关系可知,除了掺灰比较低、围压较大情况下水泥土呈塑性破坏外,一般都表现出脆性破坏的特点。另外,由于绝大多数条件下水泥土的渗透性较低,破坏过程中不具备排水条件,因此从适应大多数工程条件考虑,采用快剪试验。

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7.5.2 轴向加荷速率即剪切速率,是三轴压缩试验中的一个重要问题,它不仅关系到试验的历时,更主要的是它影响试验结果。对水泥土试样,由于水泥与土中的水及矿物质发生化学变化产生新的物质,填塞了土中的孔隙(由显微镜下的切片可知),在一般的工程实际中在常用的掺灰比条件下渗透性很低,因此将其视为不排水剪切,水泥土试样的养护条件决定了试验前不需要进行固结,故选择不固结不排水剪切,剪切速率可以选择较快速率。但是试样表明,在较低的掺灰比下,其内部存在一定的孔隙,其渗透性可能较高,则需考虑试验过程中的排水问题。

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标准引用名录

下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款,凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版本均不适用于本标准,然而,鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规程。

GB 175  通用硅酸盐水泥

GB 8076  混凝土外加剂

JG 3019  混凝土试模

JG/T 3020  混凝土实验室用振动台

GB/T 3722  液压式压力试验机

GB/T 2611  试验机通用技术规程

GB/T 50123  土工试验方法标准

JGJ 70-90  建筑砂浆基本性能试验方法

JGJ 79  建筑地基处理技术规范

YBJ 225  软土地基深层搅拌加固法技术规程

JTJ/T 259  水下深层水泥搅拌桩加固软土地基技术规程

TB 10113  粉体喷搅法加固软弱土层技术规范