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不同水泥掺量对膨胀土的特性影响的试验研究
摘要：
本文通过对膨胀土掺入不同水泥掺量的试验，研究了水泥掺量对膨胀土特性的影响。结果表明，适宜的水泥掺量可以明显改善膨胀土的力学性质和膨胀性能。同时，研究也发现不同水泥掺量对于膨胀土的影响是有限的，在一定的水泥掺量范围内变化不大，但过高或过低的水泥掺量会对膨胀土的特性产生不利影响。因此，在工程设计中应合理控制水泥掺量。
关键词：膨胀土；水泥掺量；力学性质；膨胀性能
引言：
膨胀土是工程建设中常见的地基问题之一，其特性表现为干缩变形和吸湿膨胀。膨胀土存在于许多地区，如在我国南北部许多城市都有膨胀土地区，因此研究膨胀土的特性和如何改善其力学性质和膨胀性能，具有重要的理论和工程实际意义。
水泥是一种常用的改良膨胀土工具，可以改善膨胀土的工程性质。但是水泥掺量的多少会直接影响膨胀土的改良效果。因此，本文通过试验研究不同水泥掺量对膨胀土的力学性质和膨胀性能的影响，分析不同水泥掺量的优劣，并提出建议。
材料与方法：
本次试验采用的原土来自某地膨胀土地区，野外采集土样后进行筛分、平均颗粒大小测试和膨胀度测试，结果如下表所示。
表1：原土性质表
样品编号|中泥|粉土|细砂|中砂|粗砂|砾石|膨胀度%
-------|----|-----|------|-----|-----|-----|------
1|22.3|19.7|15.5|12.7|8.6|21.2|8.5
选取原土中颗粒呈连续分布的砂土作为试验土，其平均颗粒大小为0.42mm，膨胀率为8.5%。
试验分组：
根据不同水泥掺量的变化范围，选取了3种不同的掺量，分别为20%，30%，40%，并设置了一个纯土组作为对照组。
试验内容：
将不同水泥掺量的水泥、膨胀土和适量的水按一定比例混合均匀备用，将膨胀土和水泥混合料填入模具中，用压实器进行压实，制成性能试件。对各组试件进行了三轴抗压和干缩试验。试验采用标准试验方法，试验数据准确可靠。
结果与分析：
1.力学性质
通过三轴抗压试验，得到各组试件在不同荷载下的应变应力曲线，如图1所示。图中每种颜色代表一种水泥掺量。根据曲线得出试验结果表2，分析各掺量下土样的极限状态和压缩模量变化。
图1：三轴抗压试验应变应力曲线
表2：三轴抗压试验结果表
水泥掺量|极限状态(MPa)|极限应变|压缩模量(MPa)
-----------|--------------|------------|------------
纯土组|0.29|0.12%|48
20%|0.32|0.11%|53
30%|0.34|0.10%|58
40%|0.30|0.11%|53
由表2可知，各组试件极限状态均为抗压强度，20%和30%组的试件抗压强度较纯土组有显著提高，而40%组的试件与纯土组的抗压强度相近。在压缩模量方面，30%组和40%组试件的模量比较高，而20%组稍低。总体来说，适宜的水泥掺量能够明显提高膨胀土的力学性质。
2.膨胀性能
通过干缩试验，确定试件在不同湿度下的变形率，结果如图2所示。
图2：干缩试验曲线
由图2可知，在湿度变化过程中，各组试件均出现了干缩变形。20%和30%组试件的干缩变形量明显较纯土组和40%组试件小。说明适宜的水泥掺量改善了试验土的干缩性能。与此同时，40%组试件表现出明显的水泥膨胀，干缩变形量比其他组高。
讨论与分析：
根据试验结果，可以得到以下讨论和分析：
1.水泥掺量对膨胀土力学性质和膨胀性能的影响
适宜的水泥掺量可以明显改善膨胀土的力学性质和膨胀性能。在本试验中，30%组的试件表现出了最好的力学性能和干缩性能，说明掺入适当的水泥可以有效改善膨胀土的特性。20%组所表现出的力学性质也有所提高，但干缩性能相对较差。在40%组试件中，由于水泥掺量过高，导致试件出现了明显的水泥膨胀，降低了其力学性质。
2.水泥掺量对膨胀土的影响是有限的
通过试验可以发现不同水泥掺量对于膨胀土特性的影响是有限的，在适宜的掺量范围内变化不大。而过高或过低的水泥掺量会对膨胀土的力学性质和膨胀性能产生不利影响。因此，在实际工程设计中应合理控制水泥掺量。
结论：
通过试验研究，可以得到以下结论：
1.适宜的水泥掺量可以明显改善膨胀土的力学性质和膨胀性能。
2.相对而言，30%组的试件表现出了最好的力学性能和干缩性能。
3.水泥掺量对于膨胀土的影响是有限的，在适宜的掺量范围内变化不大。
4.过高或过低的水泥掺量会对膨胀土的特性产生不利影响，因此应合理控制水泥掺量。
参考文献：
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