低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強度試驗研究

阮波，鄭世龍，丁茴，聶如松，阮晨希，陳棟

低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強度試驗研究

阮波1，鄭世龍1，丁茴1，聶如松1，阮晨希1，陳棟2

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075；2. 深圳市高級中學(xué)，廣東 深圳 518040)

為了研究低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙的影響，開展無側(cè)限抗壓強度試驗研究。試驗選用的水泥摻量為4%，5%和6%，壓實系數(shù)0.90，0.93和0.95。研究了?20 ℃低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙的應(yīng)力應(yīng)變曲線、無側(cè)限抗壓強度、峰值應(yīng)變和剛度的影響。研究結(jié)果表明，低溫養(yǎng)護條件下，壓實系數(shù)0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%時，對應(yīng)的無側(cè)限抗壓強度分別為0.27，0.36和0.54 MPa，峰值應(yīng)變分別為2.46%，2.69%和2.78%，50分別為8.26，11.10和14.32 MPa。對比標準養(yǎng)護條件，水泥摻量4%，壓實系數(shù)0.95時，低溫養(yǎng)護的水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度、峰值應(yīng)變和50分別降低了32.5%，14.0%和18.3%。本文的研究成果對風(fēng)積沙鐵路路基基床的設(shè)計、施工有借鑒意義。

水泥改良風(fēng)積沙；塔克拉瑪干沙漠；低溫養(yǎng)護；無側(cè)限抗壓強度；峰值應(yīng)變；50；水泥摻量

我國是多沙漠國家, 沙漠面積約7.5×105km2，約占8%的國土面積, 主要分布在新疆、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、青海、陜西等省區(qū)[1]。風(fēng)積沙作為一種特殊的建筑材料在沙漠地區(qū)儲量相當豐富，不少學(xué)者對風(fēng)積沙的物理力學(xué)性質(zhì)及擊實性能等方面開展了試驗研究，并取得了豐碩的研究成果[2?6]。但風(fēng)積沙顆粒松散、黏聚力小、天然含水率低、級配不良[7?8]，不能直接用于鐵路路基基床填料，需要進行填料改良。由于沙漠地區(qū)粗粒土填料缺乏，難以進行物理改良，工程上常采用水泥作為外摻料進行化學(xué)改良。任輝明等[9?10]研究發(fā)現(xiàn)，水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻量、壓實系數(shù)、養(yǎng)護齡期和水泥強度等級的增大而增大。Ates[11]研究發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定風(fēng)積沙的最大干密度和最優(yōu)含水率隨著水泥摻量增大而增大。Choobbasti 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，膠結(jié)沙的峰值應(yīng)變隨著水泥摻量的增大而減小，剛度隨著水泥摻量的增大而增大。上述研究成果是在室溫或標準養(yǎng)護條件下進行，水泥的水化受溫度的影響。Fall等[13]研究了低溫養(yǎng)護對水泥膠結(jié)尾礦無側(cè)限抗壓強度影響，研究結(jié)果表明，低溫養(yǎng)護降低了水泥膠結(jié)尾礦無側(cè)限抗壓強度。Kim等[14]研究發(fā)現(xiàn)，低溫養(yǎng)護的混凝土早期強度較低，后期強度與標準養(yǎng)護下的混凝土強度基本相同。根據(jù)塔克拉瑪干沙漠的氣象資料[15?16]，塔克拉瑪干沙漠全年干燥少雨，冬季氣溫最低可以達到?20 ℃。秋冬季施工期間，水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強度易受低溫影響。因此，本文開展無側(cè)限抗壓強度試驗，研究低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙應(yīng)力應(yīng)變行為、無側(cè)限抗壓強度、峰值應(yīng)變和剛度的影響。

1 試驗材料

試驗所用風(fēng)積沙來自于中國新疆塔克拉瑪干沙漠中的某鐵路施工現(xiàn)場，其主要成分為SiO2，占比達81%，其余成分包括Al2O3，CaO和MgO等。其10，30，60，不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分別為0.09，0.13，0.18，2.0和1.0。圖1為風(fēng)積沙照片，粒徑分布比較均勻，呈淡黃色。圖2為放大50倍后的風(fēng)積沙掃描電鏡照片，從照片上可知，風(fēng)積沙的主要粒徑在0.25~0.075 mm范圍內(nèi)。表1為風(fēng)積沙顆粒分析試驗結(jié)果，表2為其物理力學(xué)指標。試驗中所用的水泥為普通硅酸鹽水泥，表3為其物理力學(xué)指標。試驗用水為長沙市自來水。

圖1 風(fēng)積沙照片

圖2 風(fēng)積沙掃描電鏡照片

表1 風(fēng)積沙的顆粒分析試驗結(jié)果

表2 風(fēng)積沙的物理力學(xué)性質(zhì)

表3 水泥的物理力學(xué)性質(zhì)

2 試驗方案

為了研究?20 ℃低溫養(yǎng)護(以下簡稱低溫)對水泥改良風(fēng)積沙的影響，采用溫度20 ℃且相對濕度95%的標準養(yǎng)護(以下簡稱標養(yǎng))作為對照組。試驗方案采用3種壓實系數(shù)和3種常用的水泥摻量c，試驗方案見表4。

式中：c為水泥摻量，%；c為水泥質(zhì)量，kg；s為風(fēng)積沙質(zhì)量，kg。

表4 試驗方案

3 試樣制備及試驗

根據(jù)《鐵路工程土工試驗規(guī)程》[17]開展Z3重型擊實試驗，確定不同水泥摻量下水泥混合風(fēng)積沙的最優(yōu)含水率和最大干密度，如表5所示。

根據(jù)最優(yōu)含水率和壓實系數(shù)稱取若干烘干風(fēng)積沙、水泥和水，按照規(guī)范[17]將水泥、風(fēng)積沙和水按一定比例充分攪拌均勻后制成混合料，采用靜力壓實法制樣，制作直徑50 mm，高度50 mm的圓柱體試件。標準養(yǎng)護采用SHBY-40B型標準養(yǎng)護箱，低溫養(yǎng)護采用HDDW-400型低溫試驗箱，養(yǎng)護6 d。然后將試件放入水中浸泡24 h，水面高出試件頂面2.5 cm，取出試件用抹布吸去試件表面的水分，進行無側(cè)限抗壓強度試驗，加載速率控制在1 mm/min，記錄試件被破壞時的最大壓力。無側(cè)限抗壓強度計算公式如下：

式中：u為無側(cè)限抗壓強度，MPa；為試件破壞時的最大荷載，N；為試件面積，mm2。

表5 不同水泥摻量下的最大干密度和最優(yōu)含水率

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響

低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。水泥改良風(fēng)積沙的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈應(yīng)變軟化型。應(yīng)力應(yīng)變曲線大致可分為5個典型特征階段，如圖4所示：段為初始壓實階段，應(yīng)力隨著應(yīng)變的增大近似線性增大，但應(yīng)力增長速率較??；段為彈性變形階段，應(yīng)力隨著應(yīng)變的增大近似線性增大，應(yīng)力增長速率較大；段為彈塑性變形階段，應(yīng)力增長速率逐漸減小，應(yīng)力逐漸增大到峰值；段隨著應(yīng)變的增大，應(yīng)力近似線性減小；段應(yīng)力應(yīng)變曲線漸趨平緩。SUN 等[18]研究的水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強度的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈拋物線型，與本文的研究結(jié)果不盡相同。根據(jù)無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果，分別計算出水泥改良風(fēng)積沙應(yīng)力應(yīng)變曲線段和段斜率，計算結(jié)果如圖5和圖6所示。段斜率和段斜率都隨著壓實系數(shù)和水泥摻量的增大而增大。與標準養(yǎng)護條件相比，低溫養(yǎng)護條件下段與段斜率減小。

(a) 壓實系數(shù)0.90；(b) 壓實系數(shù)0.93；(c) 壓實系數(shù)0.95

圖4 水泥改良風(fēng)積沙的典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖5 OA段斜率

圖6 AB段斜率

4.2 低溫養(yǎng)護對無側(cè)限抗壓強度的影響

低溫養(yǎng)護對無側(cè)限抗壓強度影響如圖7所示。低溫養(yǎng)護下，壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%對應(yīng)的7 d飽和無側(cè)限抗壓強度分別為0.27，0.36和0.54 MPa；水泥摻量為6%時，壓實系數(shù)為0.90，0.93和0.95 對應(yīng)的7 d飽和無側(cè)限抗壓強度分別為0.41，0.48和0.54 MPa。水泥改良風(fēng)積沙在低溫養(yǎng)護條件下的無側(cè)限抗壓強度隨著壓實系數(shù)和水泥摻量的增大而增大。與標準養(yǎng)護條件相比，低溫養(yǎng)護降低了水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度。低溫會降低水泥水化的反應(yīng)速率，在相同養(yǎng)護齡期下低溫環(huán)境產(chǎn)生的水泥水化物會減少。為了進一步量化低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強度影響程度，定義了無側(cè)限抗壓強度損失率L，如式(4)所示。

式中：qus為標準養(yǎng)護條件下的無側(cè)限抗壓強度，MPa；qul為低溫養(yǎng)護條件下的無側(cè)限抗壓強度，MPa。

圖8為水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度損失率。當壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%時，水泥改良風(fēng)積沙在低溫養(yǎng)護下的無側(cè)限抗壓強度損失率分別為32.5%，34.5%和35.7%，無側(cè)限抗壓強度損失率隨著水泥摻量的增大而增大。當水泥摻量為6%時，壓實系數(shù)為0.90，0.93和0.95時，水泥改良風(fēng)積沙在低溫養(yǎng)護下的無側(cè)限抗壓強度損失率分別為28.1%，31.4%和35.7%，無側(cè)限抗壓強度損失率隨著壓實系數(shù)的增大而增大。低溫條件下水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度損失率變化范圍為12.5%～36.1%。

圖8 低溫作用下水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度損失率

4.3 低溫養(yǎng)護對峰值應(yīng)變的影響

脆性是評價材料的變形性能的一個重要指標，常用峰值應(yīng)變評價材料的脆性[19]，本文采用水泥改良風(fēng)積沙破壞時峰值應(yīng)變來衡量材料的脆性。低溫養(yǎng)護對峰值應(yīng)變的影響如圖9所示。低溫養(yǎng)護下，壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%對應(yīng)的峰值應(yīng)變分別為2.46%，2.69%和2.78%，峰值應(yīng)變隨著水泥摻量的增大而增大；水泥摻量為6%時，壓實系數(shù)為0.90，0.93和0.95 對應(yīng)的峰值應(yīng)變分別為2.50%，2.53%和2.78%，峰值應(yīng)變隨著壓實系數(shù)的增大而增大。與標準養(yǎng)護條件相比，低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的峰值應(yīng)變減小，脆性增大。

為了進一步量化低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙的峰值應(yīng)變影響程度，定義了峰值應(yīng)變損失率L，如式(5)所示。

式中：ε為標準養(yǎng)護條件下的峰值應(yīng)變，%；為低溫養(yǎng)護條件下的峰值應(yīng)變，%。

圖10為水泥改良風(fēng)積沙的峰值應(yīng)變損失率。當壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%時，水泥改良風(fēng)積沙在低溫養(yǎng)護下的峰值應(yīng)變損失率分別為14.0%，14.1%和14.2%，峰值應(yīng)變損失率隨水泥摻量的增大而增大。當水泥摻量為6%時，壓實系數(shù)為0.90，0.93和0.95時，低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的峰值應(yīng)變損失率分別為9.1%，9.6%和14.2%。峰值應(yīng)變損失率隨著壓實系數(shù)的增大而增大。低溫條件下水泥改良風(fēng)積沙的峰值應(yīng)變損失率變化范圍為7.0%～15.5%。

圖9 低溫和標準養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的峰值應(yīng)變

圖10 低溫作用下水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度損失率

4.4 低溫養(yǎng)護對剛度的影響

剛度是巖土工程問題中確定變形量的設(shè)計參數(shù)之一，常用割線模量50來評價巖土材料的剛度。50是指峰值應(yīng)力一半的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比 值[19]。低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙剛度的影響如圖11所示。壓實系數(shù)為0.95且水泥摻量為6%時，低溫養(yǎng)護和標準養(yǎng)護對應(yīng)的剛度分別為14.31 MPa和21.09 MPa，與標準養(yǎng)護條件相比，低溫養(yǎng)護降低了水泥改良風(fēng)積沙的剛度。水泥改良風(fēng)積沙剛度隨著水泥摻量和壓實系數(shù)的增大而增大。

圖11 低溫和標準養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的剛度

為了進一步量化低溫養(yǎng)護對水泥改良風(fēng)積沙的剛度影響程度，定義了剛度損失率G，如式(6)所示。

式中：s為標準養(yǎng)護條件下的剛度，MPa；為低溫養(yǎng)護條件下的剛度，MPa。

圖12為水泥改良風(fēng)積沙的剛度損失率。當壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%時，水泥改良風(fēng)積沙在低溫養(yǎng)護下的剛度損失率分別為18.3%，27.5%和32.1%，剛度損失率隨著水泥摻量的增大而增大。當水泥摻量為6%時，壓實系數(shù)為0.90，0.93和0.95時，水泥改良風(fēng)積沙在低溫養(yǎng)護下的剛度損失率從21.1%，26.0%和32.1%。剛度損失率隨著壓實系數(shù)的增大而增大。低溫條件下水泥改良風(fēng)積沙的剛度損失率變化范圍為12.6%～33.7%。

圖12 低溫作用下水泥改良風(fēng)積沙的剛度損失率

5 結(jié)論

1) 水泥改良風(fēng)積沙的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈應(yīng)變軟化型，應(yīng)力應(yīng)變曲線大致可分為初始壓實階段、彈性變形階段、彈塑性變形階段、應(yīng)力衰減階段和應(yīng)力平緩階段5個典型特征階段。

2) 低溫養(yǎng)護下，壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%對應(yīng)的7 d飽和無側(cè)限抗壓強度分別為0.27，0.36和0.54 MPa。低溫養(yǎng)護下水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度隨著水泥摻量和壓實系數(shù)的增大而增大。

3) 相比于標準養(yǎng)護環(huán)境，低溫養(yǎng)護下水泥改良風(fēng)積沙的無側(cè)限抗壓強度會降低，強度損失率隨著水泥摻量和壓實系數(shù)的增大而增大。壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%對應(yīng)的強度損失率分別為32.5%，34.5%和35.7%。

4) 相比于標準養(yǎng)護環(huán)境，低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的峰值應(yīng)變減小，峰值應(yīng)變損失率隨水泥摻量和壓實系數(shù)的增大而增大。壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%對應(yīng)的峰值應(yīng)變損失率分別14.0%，14.1%和14.2%。

5) 低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的剛度50隨著水泥摻量和壓實系數(shù)的增大而增大。相比于標準養(yǎng)護環(huán)境，低溫養(yǎng)護條件下水泥改良風(fēng)積沙的剛度50降低，剛度損失率隨著水泥摻量的增大而增大，壓實系數(shù)為0.95時，水泥摻量為4%，5%和6%對應(yīng)的剛度損失率分別為18.3%，27.5%和32.1%。

[1] 吳正. 風(fēng)沙地貌與治沙工程學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2003: 2?238.WU Zheng. Aeolian landforms and engineering of sand control[M]. Beijing: Science Press, 2003: 2?238.

[2] 劉大鵬, 楊曉華, 王永威. 風(fēng)積沙在循環(huán)荷載作用下的變形特性試驗研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報, 2014, 36(6): 103?108. LIU Dapeng, YANG Xiaohua, WANG Yongwei. Experimental study on deformation characteristics of aeolian sand under cyclic loading[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2014, 36(6): 103?108.

[3] 張浩, 劉江, 胡江洋. 陜北地區(qū)毛烏素沙漠公路風(fēng)積沙工程特性研究[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 38(8): 1103?1108. ZHANG Hao, LIU Jiang, HU Jiangyang. Engineering characteristics of aeolian sand in Maowusu desert highway in northern Shanxi[J]. Journal of Hefei University of Technology, 2015, 38(8): 1103?1108.

[4] 張生輝, 李志勇, 彭帝, 等. 風(fēng)積沙作為路基填料的靜力特性研究[J]. 巖土力學(xué), 2007, 28(12): 2511?2516. ZHANG Shenghui, LI Zhiyong, PENG Di, et al. Study on static characteristics of aeolian sand as subgrade filler[J]. Rock and Soil Mechanics, 2007, 28(12): 2511?2516.

[5] 宋焱勛, 彭建兵, 王治軍, 等. 毛烏素沙漠風(fēng)積砂力學(xué)特性室內(nèi)試驗研究[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報, 2010, 18(6): 894?899. SONG Yanxun, PENG Jianbing, WANG Zhijun, et al. Laboratory test study on mechanical properties of aeolian sand in the Maowusu desert[J]. Journal of Engineering Geology, 2010, 18(6): 894?899.

[6] 張景燾. 風(fēng)積沙的壓實特性研究[J]. 水利與建筑工程學(xué)報, 2014, 12(1): 77?82. ZHANG Jingtao. Study on compaction characteristics of aeolian sand[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering, 2014, 12(1): 77?82.

[7] 張宏, 王智遠, 劉潤星. 科爾沁沙漠區(qū)風(fēng)積沙動力壓實特性研究[J]. 巖土力學(xué), 2013, 34(2): 100?104.ZHANG Hong, WANG Zhiyuan, LIU Runxing. Study on dynamic compaction characteristics of aeolian sand in Horqin desert area[J]. Rock and Soil Mechanics, 2013, 34(2): 100?104.

[8] 陳忠達, 李萬鵬. 風(fēng)積沙振動參數(shù)及振動壓實機理[J]. 長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2007, 27(1): 1?6. CHEN Zhongda, LI Wanpeng. Aeolian sand vibration parameters and vibration compaction mechanism[J]. Journal of Changan University (Natural Science Edition), 2007, 27(1): 1?6.

[9] 任輝明, 曾新迪, 師高鵬, 等. 水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強度試驗研究[J]. 蘭州交通大學(xué)學(xué)報, 2017, 36(4): 67?72. REN Huiming, ZENG Xindi, SHI Gaopeng, et al. Experimental study on unconfined compressive strength of cement-modified aeolian sand[J] .Journal of Lanzhou Jiaotong University, 2017, 36(4): 67?72.

[10] 魏杰. 水泥改良風(fēng)積沙強度及重載鐵路路基風(fēng)積沙填料變形特性研究[D]. 蘭州: 蘭州交通大學(xué), 2017. WEI Jie. Research on strength of cement-improved aeolian sand and deformation characteristics of heavy- duty railway subgrade aeolian sand filler[D]. Lanzhou: Lanzhou Jiaotong University, 2017.

[11] Ates A. Mechanical properties of sandy soils reinforced with cement and randomly distributed glass fibers (GRC) [J]. Composites Part B-engineering, 2016(6): 295? 304.

[12] Choobbasti A J, Kutanaei S S. Effect of fiber reinforcement on deformability properties of cemented sand[J]. Journal of Adhesion Science and Technology, 2017, 31(14): 1576?1590.

[13] Fall M, Celestin J C, Pokharel M, et al. A contribution to understanding the effects of curing temperature on the mechanical properties of mine cemented tailings backfill [J]. Engineering Geology, 2010, 114(3): 397?413.

[14] Kim J K, Moon Y H, Eo S H. Compressive strength development of concrete with different curing time and temperature[J]. Cement and Concrete Research, 1998, 28(12): 1761?1773.

[15] 張志高, 苗運玲, 邱雙娟, 等. 1951~2016年新疆哈密極端氣溫變化研究[J]. 新疆大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2019, 36(1): 89?97. ZHANG Zhigao, MIAO Yunling, QIU Shuangjuan, et al. Study on the extreme temperature change of Hami in Xinjiang from 1951 to 2016[J]. Journal of Xinjiang University (Natural Science Edition), 2019, 36(1): 89?97.

[16] 丁之勇, 葛擁曉, 吉力力?阿不都外力. 北疆地區(qū)近53年極端氣溫事件及其影響因素分析[J]. 地球環(huán)境學(xué)報, 2018, 9(2): 159?171. DING Zhiyong, GE Yongxiao, JILILI Abdulduwaili. Analysis of extreme temperature events in northern Xinjiang in recent 53 years and their influencing factors [J]. Journal of Earth Environment, 2018, 9(2): 159?171.

[17] TB 10102—2010, 鐵路工程土工試驗規(guī)程[S]. TB 10102—2010, Code for soil test of railway engineering[S].

[18] SUN Q, ZHANG J, ZHOU N. Early-age strength of Aeolian sand-based cemented backfilling materials: Experimental results[J]. Arabian Journal for Science and Engineering, 2018, 43(4): 1697?1708.

[19] 范曉秋, 洪寶寧, 胡昕, 等. 水泥砂漿固化土物理力學(xué)特性試驗研究[J]. 巖土工程學(xué)報, 2008, 30(4): 605?610. FAN Xiaoqiu, HONG Baoning, HU Xin, et al. Physico-mechanical properties of soils stabilized by cement mortar[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008, 30(4): 605?610.

[20] 張亭亭, 李江山, 王平, 等. 磷酸鎂水泥固化鉛污染土的應(yīng)力?應(yīng)變特性研究[J]. 巖土力學(xué), 2016, 37(1): 215? 225. ZHANG Tingting, LI Jiangshan, WANG Ping, et al. Stress-strain characteristics of lead-contaminated soil cured by magnesium phosphate cement[J]. Rock and Soil Mechanics, 2016, 37(1): 215?225.

Experimental study on unconfined compressive strength of cement-stabilized aeolian sand cured at low temperature

RUAN Bo1, ZHENG Shilong1, DING Hui1, NIE Rusong1, RUAN Chenxi1, CHEN Dong2

(1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China;2. Shenzhen Senior High School, Shanzhen 518040, China)

In order to study the effect of low temperature on cement-stabilized aeolian sand, a series of unconfined compressive strength tests were carried out. The three different cement content levels of the specimens were 4%, 5% and 6%, and the degree of compaction levels were 0.90, 0.93 and 0.95, respectively. The effect of ?20 ℃ low temperature on the stress-strain curve, unconfined compressive strength (UCS), peak strain and stiffness of cement-stabilized aeolian sand was studied. The results show that when the degree of compaction is 0.95 and the cement content is 4%, 5%, and 6%, the UCS is 0.27, 0.36, and 0.54 MPa, the peak strain is 2.46%, 2.69% and 2.78%, and the E50 is 8.26, 11.10 and 14.32 MPa, respectively. Compared with standard curing conditions (20 ℃ and 95%HR), the UCS, peak strain and E50 of the cement-stabilized aeolian sand cured at low temperature are reduced by 32.5%, 14.0%, and 18.3%, respectively, when the cement content is 4% and the degree of compaction is 0.95. The research results provide reference for the design and construction of railway subgrade layers using aeolian sand.

cement-stabilized aeolian sand; Taklimakan desert; low temperature; UCS; peak strain;50; cement content

TU447

A

1672 ? 7029(2020)10 ? 2540 ? 09

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20200542

2020?05?26

國家自然科學(xué)基金資助項目(51878666)

聶如松(1980?)，男，湖南衡陽人，副教授，博士，從事鐵路路基及橋梁樁基礎(chǔ)工程方面的教學(xué)、科研工作；E?mail：nierusong97@csu.edu.cn

(編輯 蔣學(xué)東)