硫酸盐—干湿—冻融循环共同作用对水泥土性能的影响

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宁夏地区水泥土受盐蚀和干湿-冻融循环作用极大影响工程安全和正常使用。为探究干湿-冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用对水泥土性能的影响,以宁夏同心水泥黄土为研究对象,首先通过单因素试验选取合适水平,考虑盐浓度,并结合西北地区干湿性、季冻性等区域性特点对水泥土进行不同浓度硫酸盐溶液浸泡下的干湿-冻融循环试验,探究多重因素作用下试样外观、质量、波速、强度、动弹性模量、电阻率、含盐量等变化情况,在此基础上,建立上述数据与干湿-冻融循环次数拟合模型,最后将这些性能指标通过数学方法联系起来,揭示水泥土材料在干湿-冻融循环与盐分侵蚀共同作用下的变化规律。研究结果可为水泥土材料在复杂地质环境下的应用提供理论支撑和参考依据,并在一定程度上推进水泥土材料的研究。论文主要内容与结论如下:(1)选择单因素试验,探究压实度、水泥掺量、养护龄期和含水率对水泥土波速和强度的影响,结果表明:波速和压实度近似成二次函数增长,前期增长快后期增长慢,无侧限抗压强度近似和压实度成线性增长;在水泥掺量8%-24%范围内,波速和无侧限抗压强度近似和水泥掺量成线性增长;波速和无侧限抗压强度近似和养护龄期成对数增长的关系,前期增长快后期增长慢,可用短期强度预测长期强度;含水率8%-24%范围内,波速和含水率成二次函数增长关系,无侧限抗压强度和含水率成二次函数关系,先增后减,含水率16%最佳;考虑工期进展和经济成本问题,取压实度0.94,水泥掺量16%,养护龄期28d,含水率16%为制样标准。(2)由硫酸盐-干湿-冻融循环试验可知:随着盐溶液浓度增大和干湿-冻融循环次数的增加,水泥土试样腐蚀愈加严重,表面开始产生裂缝并逐渐贯通,盐溶液中水泥土试样产生泛霜现象;干湿-冻融循环过程中水泥土试样质量呈现先略微增加再减少的趋势,且溶液浓度越大下降越快;试样波速、动弹性模量、峰值强度、残余强度以及变形模量都和干湿-冻融循环次数有着良好指数下降的关系,除波速外其他力学性能随着盐溶液浓度增加,指数下降速率增大;随着干湿-冻融循环次数的增加,水泥土试样电阻率开始降低,且在盐溶液中减小速度较清水中十分明显;清水中电阻率近似成线性减小,变化不明显,盐溶液中试样的电阻率近似和干湿-冻融循环次数成幂函数下降。水泥土试样电阻率越小,含盐量越高。循环方式对于水泥土强度劣化作用排序为:所有循环方式的劣化效果随盐溶液浓度增大而增强,干湿-冻融交替>先干湿再冻融>先冻融再干湿,干湿-冻融循环产生了超叠加效应。(3)峰值强度与残余强度符合线性增长,可用较易测量的峰值强度来估算残余强度;峰值强度、残余强度、变形模量与超声波波速都有较好相关性,拟合优度最佳的模型都是二次函数,一定程度上意味用超声波无损检测方法来检测试样的强度和变形特征是可行的;变形模量和峰值强度满足相当良好的相关关系;用幂函数下降模型来拟合电阻率和含盐量的关系R2最高,也最符合实际情况,可通过电阻率来推测土壤盐渍化程度及地下水盐含量;水泥土峰值强度、残余强度和含盐量都具有良好的相关性,成负相关关系,用指数下降函数拟合最为恰当,可以用强度来推测盐腐蚀程度。
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