水泥土作為一種復合材料，具有廣泛的工程應用。除大量用于處理濕陷性黃土地基以外, 還廣泛用于處理其他非飽和土和雜填土。但關于水泥土的工程特性研究較少，理論研究遠遠落后于工程實踐。目前，由于水泥灰土在工程實踐中的廣泛應用，關于水泥灰土的研究逐漸增多，并積累了一定的成果。韓曉雷等[1]通過不同灰土配比的擊實試驗和無側限抗壓強度試驗，探討了影響灰土強度的主要因素；徐秀香[2]和王蓉[3]、王超楠[4]對純灰土試樣及不同配比水泥灰土試樣開展一系列室內試驗，得到了水泥灰土的強度與齡期、水泥摻入量、含水量、圍壓、養護條件等因素的關系。本文在已有研究成果的基礎上進行了水泥土物理及工程特性研究。通過對1:9、1:6水泥土試樣進行重型和輕型擊實試驗、不同含水量狀態下無側限抗壓強度等一系列試驗，探討水泥摻量、齡期、含水量等各種因素對水泥土工程性質的影響，對水泥土作為工程填料具有一定的理論價值和工程實踐意義。

2、室內試驗

2.1 試驗材料

試驗所用的土料取自西安科技大學東南角土崖，為全擾動新近堆積黃土，其主要物理性質指標見表1。實驗所用水泥為陜西省銅川市耀州區生產的“秦嶺”牌32.5#復合硅酸鹽水泥。

表1 土料物理性質參數

試驗所用的灰土試樣均按照《土工試驗方法標準》[5]制備。將土在室內風干，再將碾碎的土過0.5 mm 篩，將水泥與土料按體積比為1:9和1：6配置水泥土。然后通過輕型擊實和重型擊實實驗確定1:9和1：6兩種配比水泥土的的最優含水量以及最大干密度。無側限抗壓強度試樣的養護齡期分別取為 1 d、3d、5d、10 d、15d、30 d和60 d，含水量控制在最優含水量附近。另外，為了充分了解水泥灰土的水穩定性，在無側限抗壓強度試驗的基礎上測定其軟化系數。

3、試驗結果分析

通過輕型和重型擊實試驗，確定出各種配比水泥土的最優含水量及最大干密度，如表1所示。可以看出：①重型擊實作用下較輕型擊實作用下時最優含水量低，最大干密度大；②水泥摻量大的試樣最優含水較水泥摻量小的試樣最優含水量高，最大干密度小。如表1所示，1:9水泥土和1:6水泥土的重型擊實比輕型擊實最優含水量分別降低8.3%和17.9%。各配比水泥土在不同含水量和不同擊實功作用下無側限抗壓強度曲線如圖1~圖4所示。

表1 不同配比水泥土的最優含水量

從圖1~圖4可以看出：① 隨著齡期的增長各配比水泥土的強度均呈現出增長趨勢；② 輕型擊實水泥土的齡期-強度曲線在10d左右會出現一個拐點，但拐點處抗壓強度與60d時的強度的相比較小，一般為60天時抗壓強度的0.3～0.6；③重型擊實水泥土的齡期-強度曲線沒有明顯的強度拐點，強度增長相對輕型擊實比較均勻。

表2為不同配比水泥土在最優含水率狀態下不同齡期的強度。可以看出：①擊實能量對試樣強度

圖1 1:9水泥土輕型擊實強度曲線

圖2 1:9水泥土重型擊實強度曲線

圖3 1:6水泥土輕型擊實強度曲線

圖4 1:6水泥土重型擊實強度曲線

影響巨大，最優含水量狀態下1:9水泥土、1:6水泥土在重型擊實的情況下比其輕型擊實分別提高約69.44%和60.77%；②水泥摻入量對試樣強度也有一定影響，最優含水量狀態下，兩種水泥土早期強度相當，但60天齡期時的強度1:6水泥土在輕型和重型擊實情況下比1:9水泥土的強度分別提高15.7%和11.2%。

表2 不同配比水泥土在最優含水率狀態下不同齡期的強度（kPa）

3.2含水量對抗壓強度的影響

為比較含水量對水泥土的影響，選取不同含水量的土樣進行對比。不同含水量水泥土的抗壓強度曲線見圖1~圖4。可以看出同一配比的水泥土、越接近于最優含水量，其抗壓強度越大，含水量離最優含水量越遠的試樣強度越低。隨著齡期的增長這種現象愈發明顯，到后期最優含水量的強度曲線從其他含水量的強度曲線中逐漸向上分離出來。高于最優含水量的試樣較低于最優含水量的試樣強度下降更為顯著，因而，在實際工程應用中含水量的選取建議采取“寧低勿高”的原則。

3.3 水穩定性

水穩定性是衡量和評價填料工程性質的一個重要指標，一般采用軟化系數來進行評價。軟化系數是指填料飽和狀態下的抗壓強度與普通潮濕狀態下強度之比。表2給出了重型擊實作用下1：6水泥土在不同含水量時的軟化系數（為了便于比較，文中將最優含水量的試驗數據加粗）。可見，在最優含水量水泥土的軟化系數最高，水穩定性最好。

表2 不同配比水泥土的軟化系數（60d）

對于實際工程中的夯實擠密樁來講，它們的工作環境都會受到圍壓的作用，故其破壞形式多具有塑性破壞的特點。水泥土試樣破壞形式與水泥灰土類似，在較短齡期（30d以內）表現出原狀土的形式，多表現出應變較大的塑性破壞；隨著齡期的增長（60d以后）水泥土試樣的各項力學性狀逐漸展現出巖石試樣的性質，多表現出應變較小的脆性破壞。從大量的無側限抗壓強度試驗中發現，所得的應力-應變曲線大多可分為三個顯著區別的階段[2]，如圖5所示。

圖5 水泥土典型應力—應變曲線

(1)彈性變形階段：從開始加載至P1點，該階段應力較小，變形主要來自于試樣團粒和凝結材料結晶體產生的彈性變形，應力‑應變曲線大致為直線，變形在卸載之后可以恢復。

(2)塑性強化階段：該階段的終點P2對應于應力‑應變曲線的峰值強度。應力-應變曲線進入彎曲段，斜率減小的同時變形增長速率逐漸增大，壓應力增長速率逐漸減小。表明試樣內部微裂隙逐漸擴展、貫穿并逐漸發展成為明顯可見的裂紋和裂縫。

(3)殘余軟化階段：當加載應力超過試樣的極限強度后，即應力‑應變曲線開始向下彎曲, 應變持續增長的同時應力降低，出現明顯的軟化特征。此時雖然試樣不能承擔更大的荷載，但由于破裂面兩側的摩擦咬合作用沒有出現壓應力突然急劇下降的現象，試樣還能承受一定的荷載。

4、結論

通過對1:6、1:9水泥土試樣進行重型和輕型擊實作用，得出其最有含水量，并進行不同含水量作用下無側限抗壓強度試驗以及水穩定性試驗，分析齡期、含水量、水泥摻量等因素對水泥土工程性質的影響，得到結論如下：

(1) 水泥含量及擊實功對水泥土最優含水量和最大干密度都有較大影響。水泥摻量的影響相對較小；擊實程度對試樣的強度等方面影響巨大，相同配比的試樣，擊實功大時試樣的強度比擊實功小的試樣強度高；

(2)水泥土強度隨齡期增長較均勻，輕型擊實情況下試樣在10d左右會出現一個拐點，一般為60d的強度0.3～0.6；重型擊實情況下水泥土的齡期-強度曲線沒有明顯的強度拐點；

(3) 含水量對水泥土的強度影響較大。試樣越接近最優含水量，相應的抗壓強度越大，含水量離最優含水量越遠的試樣強度越低，且高于最優含水量的試樣較低于最優含水量的試樣強度下降更為明顯；

(4) 在最優含水量時水泥土的水穩定性最好；

(5) 水泥土試樣在齡期較短時多出現塑性破壞；隨齡期的增長逐漸呈現為脆性破壞。典型的水泥土應力應變曲線呈現出3個明顯的階段：彈性變形階段，塑性強化階段以及殘余軟化階段。

參考文獻

[1] 韓曉雷，郅彬，郭志勇，灰土強度影響因素研究巖土工程學報2002，24(5)：667-669.

[2] 徐秀香，王蓉.水泥灰土特性的試驗研究沈陽建筑大學學報(自然科學版). 2006，22(6)：911-915.

[3] 王蓉，水泥灰土強度影響因素及其力學損傷模型初探與灰土擠密樁復合地基承載力的概率分析西安：西安建筑科技大學，2005.

[4] 王超楠，水泥灰土的強度特性及工程應用研究西安：西安建筑科技大學，2005.

[5]土工實驗方法標準(GB/T 50123-1999).北京：中國計劃出版社，1999.

(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)