水泥改良风积沙无侧限抗压强度影响因素分析

为了研究水泥掺量、压实系数、养护龄期等因素对水泥改良风积沙无侧限抗压强度的影响,开展一系列无侧限抗压强度试验。试验选取的水泥掺量为4%,5%,6%,9%和11%,养护龄期1,3,7,14,28,56和90 d,压实系数为0.90,0.93和0.95。试验结果表明,水泥掺量、压实系数、养护龄期以及水泥掺量与压实系数的交互作用对水泥改良风积沙无侧限抗压强度的影响都具有显著性。水泥改良风积沙的无侧限抗压强度随着水泥掺量的增大呈幂函数增大,水泥掺量从4%提升至11%时,试样的无侧限抗压强度提升了6.2~6.26倍;水泥掺量越大,无侧限抗压强度增长比越大。水泥改良风积沙的无侧限抗压强度随着压实系数的增大而增大,压实系数从0.90增大到0.95时,试样的无侧限抗压强度增大了20%~67%;但强度增长幅度随着压实系数增大而降低,低压实系数下的水泥增强效果更显著。随着养护龄期的增长,水泥改良风积沙的无侧限抗压强度呈双曲线函数增长,28 d龄期的无侧限抗压强度为7 d龄期的1.21~1.50倍,90 d龄期的无侧限抗压强度为7 d龄期的1.31~1.78倍,强度增长率随着养护龄期逐渐减小。建立了水泥改良风积沙无侧限抗压强度受水泥掺量、压实系数、养护龄期等因素影响的多元非线性预测模型,预测效果好。研究成果可以为风积沙地区铁路路基基床设计提供参考。

玄武岩纤维水泥改良风积沙强度及孔隙结构研究

为了研究纤维掺量对玄武岩纤维水泥改良风积沙的孔隙结构和无侧限抗压强度的影响,开展核磁共振试验和无侧限抗压强度试验。试验选用玄武岩纤维,纤维掺量分别为0%,0.2%,0.5%,0.8%,1.1%,1.4%,1.7%,水泥掺量为5%,风积沙来自新疆和若铁路工地现场。核磁共振试验结果表明,水泥改良风积沙的T2弛豫时间为0.37μs~1.98 s,对应的孔隙半径为0.74 nm~0.39 mm;而玄武岩纤维水泥改良风积沙的T2弛豫时间为0.31μs~1.07 s,对应的孔隙半径为0.61 nm~0.21 mm。与未掺纤维的水泥改良风积沙试样相比,纤维掺量为0.8%的玄武岩纤维水泥改良风积沙试样中的大孔占比减少了25.7%,中孔占比增加了12.7%,而微孔和小孔占比变化较小。无侧限抗压强度试验研究结果表明,水泥改良风积沙试样的无侧限抗压强度和峰值应变分别为0.80 MPa,1.29%,与水泥改良风积沙相比,玄武岩纤维水泥改良风积沙试样无侧限抗压强度的强度增强比为1.14~1.54,最优纤维掺量为0.8%;而玄武岩纤维水泥改良风积沙的峰值应变与纤维掺量正相关,延性增强比为1.43~2.67。掺入纤维提高了水泥改良风积沙的能量吸收能力,与水泥改良风积沙相比,最优纤维掺量的水泥改良风积沙的能量吸收能力提高了2.73倍。掺入玄武岩纤维提高了水泥改良风积沙的无侧限抗压强度,增强其延性。研究成果可为风积沙铁路路基基床表面层填料的设计和施工提供参考。

养护条件对纤维水泥改良风积沙强度及微观结构影响

为了研究高温养护条件和养护龄期对聚丙烯纤维水泥改良风积沙强度和孔径分布的影响,进行低场核磁共振试验和无侧限抗压强度试验。试验采用的高温养护温度分别为40℃,60℃和70℃,相对湿度为35%,养护龄期分别为1,3,7,14,28,56和90 d,水泥掺量5%,纤维掺量8‰,压实系数为0.95,采用标准养护条件作为对照组。试验结果表明,随着高温养护温度持续升高,聚丙烯纤维水泥改良风积沙的小孔和大孔体积占比增大,而中孔体积占比减小,孔隙比增大,无侧限抗压强度逐渐减小。养护温度从40℃升至70℃,7 d龄期下聚丙烯纤维水泥改良风积沙的中孔体积占比减少了8.2%,小孔和大孔体积占比分别增大了3.9%和4.9%,无侧限抗压强度降低12.5%。随着养护龄期的增长,聚丙烯纤维水泥改良风积沙的大孔和中孔体积占比降低,小孔体积占比增大,孔隙比减小,无侧限抗压强度逐渐增大。养护龄期从1 d增长到90 d,70℃高温养护的聚丙烯纤维水泥改良风积沙小孔占比增大了13.0%,中孔和大孔占比分别减少了3.3%和10.3%,无侧限抗压强度增大56.6%。基于试验结果,建立了考虑养护温度和养护龄期的纤维水泥改良风积沙无侧限抗压强度多因素评估模型。试验研究成果可为沙漠地区路基基床表层填料改良提供参考。

不同种类纤维加筋水泥改良风积沙抗拉性能试验研究

为研究不同种类纤维对水泥改良风积沙劈裂抗拉强度及峰值应变的影响,开展纤维水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度试验。试验选用玄武岩纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维和聚酯纤维等4种常用纤维加筋水泥改良风积沙,水泥掺量为5%,纤维掺量为0,2‰,4‰,6‰,8‰,10‰和12‰,未掺纤维的水泥改良风积沙作为对照组。研究结果表明:纤维水泥改良风积沙应力应变曲线起始段近似线性增加,达到峰值强度后,峰后曲线缓慢下降,残余强度随着纤维掺量的增加而增大。聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维和聚酯纤维加筋水泥改良风积沙劈裂抗拉强度最大值分别为77.65,67.86,64.49和63.41 kPa,峰值应变分别为1.05%,0.94%,0.82%和0.75%,对应的最优纤维掺量分别为8‰,8‰,4‰和6‰,而水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度为53.0 kPa,峰值应变为0.63%,与未掺纤维的水泥改良风积沙相比,聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维和聚酯纤维加筋水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度的强度增强比为1.47,1.28,1.22和1.20,劈裂抗拉强度最优掺量下的延性指数分别为1.67,1.49,1.30及1.19,纤维增大了水泥改良风积沙的劈裂抗拉强度,增强其延性,聚丙烯纤维水泥改良风积沙对劈裂抗拉强度的影响最显著。研究成果可为风积沙铁路路基基床填料改良提供参考。