不同龄期下粉煤灰水泥土的UU抗剪强度试验研究

解邦龙 张吾渝 张丙印 季港澳 崔靖俞

解邦龙, 张吾渝, 张丙印, 等. 2021. 不同龄期下粉煤灰水泥土的UU抗剪强度试验研究[J]. 工程地质学报, 29(4): 1216-1223. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-541
引用本文: 解邦龙, 张吾渝, 张丙印, 等. 2021. 不同龄期下粉煤灰水泥土的UU抗剪强度试验研究[J]. 工程地质学报, 29(4): 1216-1223. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-541
Xie Banglong, Zhang Wuyu, Zhang Bingyin, et al. 2021. Experimental study on unconsolidated and undrained shear strength of fly ash cement soil at different ages[J]. Journal of Engineering Geology, 29(4): 1216-1223. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-541
Citation: Xie Banglong, Zhang Wuyu, Zhang Bingyin, et al. 2021. Experimental study on unconsolidated and undrained shear strength of fly ash cement soil at different ages[J]. Journal of Engineering Geology, 29(4): 1216-1223. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-541

不同龄期下粉煤灰水泥土的UU抗剪强度试验研究

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-541
基金项目: 

青海省科技厅项目 2017-ZJ-792

国家自然科学基金项目 51768060

青海大学中青年基金项目 2018-QGY-5

详细信息
    作者简介:

    解邦龙(1996-),男,硕士生,主要从事岩土工程方面的科研工作. E-mail: qhxnxbl@163.com

    通讯作者:

    张吾渝(1969-),女,硕士,教授,主要从事岩土及地下工程研究. E-mail: qdzwy@163.com

  • 中图分类号: TU411.3

EXPERIMENTAL STUDY ON UNCONSOLIDATED AND UNDRAINED SHEAR STRENGTH OF FLY ASH CEMENT SOIL AT DIFFERENT AGES

Funds: 

the Qinghai Provincial Science and Technology Department Project 2017-ZJ-792

National Natural Science Foundation of China 51768060

Youth Foundation of Qinghai University 2018-QGY-5

  • 摘要: 针对不同养护龄期对于粉煤灰水泥土抗剪强度影响的问题,采用不固结不排水三轴剪切试验从宏观力学的角度分析养护龄期对粉煤灰水泥土的影响,结合SEM试验和XRD试验从微观角度分析试样内部结构与物质成分。试验结果表明:从宏观角度分析,粉煤灰水泥土的应力-应变曲线呈现应变软化型,试样的抗剪强度随养护龄期的增加逐渐增大且28 d的抗剪强度最大,同时,由于试样内部各物质之间的反应随养护龄期的增加而持续进行,龄期越长试样内部各物质之间的胶结作用越强,致使试样的内摩擦角和黏聚力随养护龄期逐渐增大;从微观角度分析,试样内部生成的结晶物质(钙矾石)与胶凝物质(C-S-H凝胶)等填充试样内部的大孔隙且相互黏结,导致试样愈加密实,抗剪强度增大。本文旨在为粉煤灰等材料固化黄土的抗剪强度提供试验依据,为粉煤灰等工业副产品在工程中的应用提供参考,对粉煤灰的利用和环境保护具有参考意义。
  • 图  1  SLB-1型应力-应变控制式三轴剪切渗透仪

    Figure  1.  SLB-1 stress-strain controlled triaxial shear penetrator

    图  2  粉煤灰水泥土应力-应变关系曲线

    a. 养护龄期为3 d;b. 养护龄期为7 d;c. 养护龄期为28 d

    Figure  2.  Curves of stress versus strain of fly ash cement stabilized soil

    图  3  粉煤灰水泥土抗剪强度包络线

    a. 养护龄期为3 d;b. 养护龄期为7 d;c. 养护龄期为28 d

    Figure  3.  Shear strength envelope of fly ash cement stabilized soil

    图  4  粉煤灰水泥土500倍的SEM图

    a. 养护龄期为3 d;b. 养护龄期为7 d;c. 养护龄期为28 d

    Figure  4.  SEM diagram of fly ash soil-cement 500 times

    图  5  粉煤灰水泥土2000倍的SEM图

    a. 养护龄期为3 d;b. 养护龄期为7 d;c. 养护龄期为28 d

    Figure  5.  SEM diagram of fly ash soil-cement 2000 times

    图  6  水泥的XRD衍射图

    a. C3S;b. C2S;c. Calcite;d. C3A

    Figure  6.  X-ray diffraction of cement

    图  7  粉煤灰的XRD衍射图

    C. 硬石膏;M. 莫来石;Q. 石英

    Figure  7.  X-ray diffraction of fly ash

    图  8  黄土的XRD衍射图

    L. 绿泥石;M. 蒙脱石;O. 钾长石;Q. 石英

    Figure  8.  X-ray diffraction of loess

    图  9  粉煤灰水泥土的XRD衍射图

    C. 方解石;I. 伊利石;L. 绿泥石;M. 蒙脱石;O. 钾长石;P. 氢氧化钙;Q. 石英

    Figure  9.  X-ray diffraction of fly ash cement stabilized soil

    表  1  粉煤灰的主要物理性质

    Table  1.   The main physical properties of fly ash

    材料 比表面积/m2·kg-1 堆积密度/g·cm-3 烧失量/% 需水量/%
    粉煤灰 431 0.8 92.1 2.53
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    表  2  粉煤灰的化学成分(%)

    Table  2.   Chemical composition of fly ash(%)

    SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O 其他成分含量
    51.1 31.1 5.99 4.66 2.94 0.57 3.64
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    表  3  水泥化学参数

    Table  3.   Chemical parameters of cement

    型号 比表面积/m2·kg-1 初凝时间/min 终凝时间/min 安定性 3 d抗折强度/MPa 3 d抗压强度/MPa
    P.O.42.5 358 185 325 合格 5.5 27.2
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    表  4  黄土的基本物理性质

    Table  4.   Basic physical properties of loess

    深度/m 土样密实度 天然含水率/% 干密度/g·cm-3 液限/% 塑性指数
    2 2.71 11.81 1.43 25.64 10.87
    4 2.70 14.39 1.46 26.17 10.64
    6 2.70 12.51 1.48 25.97 10.19
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    表  5  试验施加的固结围压

    Table  5.   Consolidation confining pressure applied by test

    取土深度/m 固结围压/kPa
    3 48
    6 93
    9 147
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  • Chen W W, Wang S L, Li X Y, et al. 2014. Water proof capability and diffusion characteristics of different strengthening materials in loess in vertical direction[J]. Journal of Engineering Geology, 22(5): 779-784.
    Chen Z J. 1989. Fundament properties of loess from northwestern China[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 11(6): 9-24.
    Cui J Y, Xie B L, Ji G A, et al. 2019. Experimental study on the permeability of fly ash soil-cement[J]. Science Technology and Engineering, 19(34): 323-329.
    Cui Y C, Cui Z Z, Zhou J, et al. 2012. Research on mechanical properties of fly ash cement soil in Yinchuan[J]. Industrial Construction, 42 (7): 105-109, 151.
    Gao Y, Ma Y X, Zhang W Y, et al. 2019. Analysis of humidifying deformation characteristics and microstructure of loess in Xining area[J]. Journal of Engineering Geology, 27(4): 803-810.
    Gao Z N, Zhong X M, Wang J, et al. 2019. Dynamic characteristics of saturated loess improved by fly ash[J]. World Earthquake Engineering, 35(3): 91-98.
    He W X, Shen X D. 2012. Mechanical behavior of glass fiber and fly ash soil-cement[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 29(3): 12-16.
    Hou Y F, Wang D M, Li Q, et al. 2008. Effect of water glass performance on fly ash-based geopolymers[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 36 (1): 61-64, 68.
    Jia C Q, Huang M S, Yao H. 2004. Experimental research on stabilization of soft soil with cement and fly-ash in the Minjiang estuary[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 32(7): 884-888.
    Li G X, Zhang B Y, Yu Y Z. 2013. Soil mechanics[M]. 2nd ed. Beijing: Tsinghua University Press.
    Liu C C, Guo Y K, Guo L G. 2017. Effects of fly ash content on mechanical effect of cement gravel soil[J]. Highway Engineering, 42 (6): 148-151, 198.
    Lü C W, Wu H L, Shi M L. 2019. Laboratory tests of cement stabilized & solidified coral reef and sand for use of highway pavement[J]. Journal of Engineering Geology, 27(6): 1440-1447.
    Lü Y G, Zhen Z D. 2009. Study on the influence of saturation on the strength index of soil triaxial unconsolidated and undrained test[J]. Geotechnical Engineering World, 12(6): 46-48.
    Meng Q, Shao L, Shi Q Y. 2017. Experimental study on the mechanical properties of fly ash cement soil[J]. Journal of University of Shanghai for Science and Technology, 39(5): 490-496.
    Ruan B, Peng X X, Deng L F. 2016. Experimental study on shear strength parameters of cement-soil[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 13(4): 662-668.
    Shao L, Liu S Y, Du G Y, et al. 2008. Experimental study on improvement of organic soil with cement and Fly-ash[J]. Journal of Engineering Geology, 16(3): 408-414.
    Su Q. 2016. Civil engineering materials[M]. Wuhan: Wuhan University of Technology Press.
    Su Y Z, Yang J, Ma H W, et al. 2006. Preparation of high-strength mineral polymer based on Fly ash: An experimental study[J]. Geoscience, 20(2): 354-360.
    Tao G L, Wu X K, Yang X H, et al. 2018. Pore distribution of cement-soil and its effect on permeability[J]. Journal of Engineering Geology, 26(5): 1243-1249.
    The Professional Standards Compilation Group of People's Republic of China. 2019. Standard for soil test method(GB/T50123-2019)[S]. Beijing: China Planning Press.
    Wang D X, Gao X Y, Du Y Y, et al. 2018. Experimental investigation on shear properties of reactive mgo-fly ash stabilized loess[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 38(5): 822-829.
    Wang J D. 2000. Experimental study on fly ash soil cement[C]//Proceedings of the Ninth National Structural Engineering Conference, Volume I.
    Wu R Q, Xie K H, Chen X H, et al. 2006. Experimental research on stabilization of red clay with cement and fly ash[J]. Industrial Construction, 36 (7): 29-31, 24.
    Xu H, Luo G Y. 2001. Test and study on the consolidation of soft-soil foundation with powdered Fly ash[J]. Journal of Engineering Geology, 9(3): 286-290.
    Zhang M M, Chen X, Fu X L. 2019. A review on the utilization progress of Fly Ash in the functional materials[J]. Ordnance Material Science and Engineering, 42(6): 124-128.
    Zhang W Y. 2018. Loess engineering[M]. Beijing: China Building Materials Press.
    Zhang Y C, Qiao Z Q, Gao F, et al. 2019. Loess solidified by industrial waste residue composite curing agent: strength performance and influential factors[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 36(3): 103-109.
    Zhang Y J, Yu C X, Ling F, et al. 2015. Experimental study on asbestos fiber reinforced fly ash soil-cement for soft soil enhancement[J]. Journal of Engineering Geology, 23(5): 982-988.
    陈宗基. 1989. 我国西北黄土的基本性质及其工程建议[J]. 岩土工程学报, 11(6): 9-24. doi: 10.3321/j.issn:1000-4548.1989.06.002
    谌文武, 王圣麟, 李晓媛, 等. 2014. 不同固化材料垫层在黄土中隔水能力及其垂直扩散特性[J]. 工程地质学报, 22(5): 779-784. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2014.05.01
    崔靖俞, 解邦龙, 季港澳, 等. 2019. 粉煤灰水泥土渗透性能的试验研究[J]. 科学技术与工程, 19(34): 323-329. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2019.34.047
    崔永成, 崔自治, 周健, 等. 2012. 银川地区粉煤灰水泥土的力学特性试验研究[J]. 工业建筑, 42 (7): 105-109, 151. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYJZ201207023.htm
    高英, 马艳霞, 张吾渝, 等. 2019. 西宁地区黄土增湿变形特性及微观结构分析[J]. 工程地质学报, 27(4): 803-810. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.yt2019416
    高中南, 钟秀梅, 王峻, 等. 2019. 粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究[J]. 世界地震工程, 35(3): 91-98. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SJDC201903011.htm
    赫文秀, 申向东. 2012. 玻璃纤维粉煤灰水泥土的力学特性[J]. 公路交通科技, 29(3): 12-16. doi: 10.3969/j.issn.1002-0268.2012.03.003
    侯云芬, 王栋民, 李俏, 等. 2008. 水玻璃性能对粉煤灰基矿物聚合物的影响[J]. 硅酸盐学报, 36 (1): 61-64, 68. doi: 10.3321/j.issn:0454-5648.2008.01.013
    贾苍琴, 黄茂松, 姚环. 2004. 水泥-粉煤灰加固闽江口地区软黏土试验研究[J]. 同济大学学报(自然科学版), 32(7): 884-888. doi: 10.3321/j.issn:0253-374X.2004.07.009
    李广信, 张丙印, 于玉贞. 2013. 土力学[M]. 第2版. 北京: 清华大学出版社.
    刘成才, 郭艳坤, 郭乐工. 2017. 粉煤灰掺量对水泥砾质土力学效应影响[J]. 公路工程, 42 (6): 148-151, 198. doi: 10.3969/j.issn.1674-0610.2017.06.027
    吕晨炜, 伍浩良, 石名磊. 2019. 水泥固化稳定珊瑚礁岩、砂吹填材料路用性能研究[J]. 工程地质学报, 27(6): 1440-1447. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-096
    吕永高, 郑召典. 2009. 饱和度对土的三轴不固结不排水试验强度指标的影响研究[J]. 岩土工程界, 12(6): 46-48. doi: 10.3969/j.issn.1674-7801.2009.06.018
    蒙强, 邵俐, 施倩芸. 2017. 粉煤灰水泥土力学特性试验研究[J]. 上海理工大学学报, 39(5): 490-496. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HDGY201705013.htm
    阮波, 彭学先, 邓林飞. 2016. 水泥土抗剪强度参数试验研究[J]. 铁道科学与工程学报, 13(4): 662-668. doi: 10.3969/j.issn.1672-7029.2016.04.011
    邵俐, 刘松玉, 杜广印, 等. 2008. 水泥粉煤灰加固有机质土的试验研究[J]. 工程地质学报, 16(3): 408-414. doi: 10.3969/j.issn.1004-9665.2008.03.021
    苏卿. 2016. 土木工程材料[M]. 武汉: 武汉理工大学出版社.
    苏玉柱, 杨静, 马鸿文, 等. 2006. 利用粉煤灰制备高强矿物聚合材料的实验研究[J]. 现代地质, 20(2): 354-360. doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2006.02.021
    陶高梁, 吴小康, 杨秀华, 等. 2018. 水泥土的孔隙分布及其对渗透性的影响[J]. 工程地质学报, 26(5): 1243-1249. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018011
    王东星, 高向雲, 杜怡莹, 等. 2018. 活性MgO-粉煤灰固化黄土剪切特性试验研究[J]. 防灾减灾工程学报, 38(5): 822-829. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZXK201805009.htm
    王娟娣. 2000. 粉煤灰水泥土的试验研究[C]//第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷.
    吴瑞潜, 谢康和, 陈先华, 等. 2006. 水泥和粉煤灰加固红黏土的试验研究[J]. 工业建筑, 36 (7): 29-31, 24. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYJZ200607005.htm
    徐红, 罗国煜. 2001. 粉煤灰处理软土地基的试验研究[J]. 工程地质学报, 9(3): 286-290. doi: 10.3969/j.issn.1004-9665.2001.03.012
    张梦萌, 陈昕, 付晓雷. 2019. 粉煤灰在功能材料中的应用研究进展[J]. 兵器材料科学与工程, 42(6): 124-128. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BCKG201906033.htm
    张吾渝. 2018. 黄土工程[M]. 北京: 中国建材工业出版社.
    张艳军, 于沉香, 凌飞, 等. 2015. 石棉纤维粉煤灰水泥加固软土试验研究[J]. 工程地质学报, 23(5): 982-988. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2015.05.024
    张豫川, 乔子秦, 高飞, 等. 2019. 工业废渣复合固化黄土强度特性及影响因素研究[J]. 长江科学院院报, 36(3): 103-109. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CJKB201903021.htm
    中华人民共和国行业标准编写组. 2019. 土工试验方法标准(GB/T50123-2019)[S]. 北京: 中国计划出版社.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-09
  • 修回日期:  2020-07-19
  • 网络出版日期:  2021-09-03
  • 刊出日期:  2021-09-03

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