CN104677708B - 一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法 - Google Patents
一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，属于土体力学性能测试技术领域，包括原料准备、常温成形、冻结加固、拆模套膜、融冰恢复、常温养护等6个步骤，本发明通过在制样过程中增加冻结过程，提高短龄期试样强度和刚度的同时，准确控制了试样的常温养护时间，最大限度的减少真三轴试样制作缺陷对纳米水泥土真三轴力学测试产生的不利影响；对应的真三轴试验最后仍在常温下进行，对纳米水泥土力学参数的测试结果不产生影响，不需要对仪器进行任何改装，简单方便。
Description
技术领域：
本发明涉及一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，属于土木工程学科的土体力学性能测试领域。
背景技术：
随着沿海地区软土地基上兴建道路、桥梁、高层建筑等工程的增多，软土地基的加固及加固后力学性能的准确测试已成为目前岩土工程中的一个重要内容。在软土中掺入一定比例的水泥和纳米材料，形成纳米水泥土，能够有效增强软土的强度。由于水泥和纳米材料的水化反应是个长期的过程，所以纳米水泥土的强度具有明显的时间效应，随着养护龄期的增加而增大。有时为了防灾减灾和快速抢险，需要对纳米水泥土短龄期的力学特性进行有效测试。真三轴试验是测试纳米水泥土力学性能的一个主要手段。该试验中，需要将纳米水泥土制作成标准的长方体真三轴试样。所以，制作高质量的真三轴试样是该测试的前提条件。纳米水泥土的真三轴试样测试前通常要经过成形、拆模、养护至设计龄期、套橡皮膜、安装在测试基座上等环节，需要试样在整个过程中具有足够的强度和刚度。
在短龄期时（如1天龄期）纳米水泥土真三轴试样的强度严重不足，在成形、套橡皮膜、安装在测试基座上等所有环节上均可能产生棱角破损或缺失、试样折段等缺陷。即使随着龄期的增加（如4天龄期），纳米水泥土真三轴试样具有了一定的强度和刚度，能够满足成形、安装在测试基座上等环节的要求，但在套橡皮膜这一环节上仍然容易产生棱角破损、内部出现裂纹、试样折段等缺陷，导致无法进行后继的正常真三轴测试，不易操作。同时，由于试样强度的时间效应，也对测试时龄期的准确控制提出了严格要求。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，以解决现有技术中的较短龄期时的试样制作、套橡皮膜、试样安装等过程中的缺陷，并准确控制测试龄期的目的。
本发明采取的技术方案如下：
一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按设计要求配置纳米水泥土；（2）然后在长方体模具中制作纳米水泥土真三轴试样；（3）根据设计龄期，将纳米水泥土真三轴试样连同长方体模具一起冷冻，使试样冻结，增加其强度和刚度；（4）将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；（5）将套好橡皮膜的纳米水泥土三轴试样在常温下静养融冰，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段；（6）融冰结束后的纳米水泥土三轴试样，养护至设计龄期后，再进行真三轴试验，
所述纳米水泥土配置，是由软土、水泥、纳米材料、水按比例混合后制成。
融冰结束后的纳米水泥土三轴试样，进行真三轴试验，真三轴试验在常温下进行。
融冰结束后的纳米水泥土三轴试样，养护至设计龄期后，再进行真三轴试验，所述养护为常温养护，养护期为从融冰结束开始至进行真三轴试验的期间。
通过增加冻结过程，增加纳米水泥土真三轴试样短龄期时的强度和刚度，使其满足真三轴试验的操作要求。
在冻结状态下，软土、水泥、纳米材料之间不会发生化学反应，通过调整冻结时间，控制养护时间至设计龄期。
优选的，冻结时间为1天，制备的纳米水泥土真三轴试样在常温养护1天后，进行真三轴测试。采用本发明的制样方法，由于纳米水泥土真三轴试样具有了一定的强度和刚度，即使在进行1天的短龄期试验时，能够满足成形、安装在测试基座上等环节的要求。
本发明提供一种优选的纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、原料准备：
按照设计的纳米水泥土真三轴试样，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水的混合物配制；
（2）、常温成形：
按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土的三轴试样；
（3）、冻结加固：
根据设计龄期，将制作的纳米水泥土的三轴试样连同模具一起冷冻，使试样冻结、增加其强度和刚度，冷冻温度-10℃；
（4）、拆模套膜：
将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；
（5）、融冰恢复：
将套好橡皮膜的纳米水泥土三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段；
（6）、常温养护：
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行真三轴实验。
本发明提供一种优选的纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：
（1）、原料准备：
设计的纳米水泥土真三轴试样如下：软土的含水率为20%；软土的干密度为1.5g/cm3；纳米材料采用纳米二氧化钛，掺入量为干土质量的2%；水泥采用普通硅酸盐水泥，掺入量为干土质量10%；真三轴试样为高5cm、长10cm、宽10cm的长方体，其体积为500cm3，共制备5个1天龄期的纳米水泥土真三轴试样；
按照设计要求，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水的混合物配制；计算可得：需要干土为500*1.5*5=3750g；加水量为3750*20%=750g；纳米二氧化钛为3750*2%=75g；普通硅酸盐水泥为3750*10%=375g，4组分混合后的总质量为3750+750+75+375=4950g；
（2）、常温成形：
按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土的三轴试样，计算得每个试样的总质量为495g；
（3）、冻结加固：
根据设计龄期，将该试样连同模具一起冷冻一段时间，使试样冻结、增加其强度和刚度，冻结温度-10℃，冻结时间为1天；
（4）、拆模套膜：
冻结1天后，将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；
（5）、融冰恢复。
将套好橡皮膜的纳米水泥土三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段，试样养护的零时刻从融冰结束开始计算，静养融冰时间为1天；
（6）、常温养护：
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行真三轴实验，常温养护时间为1天。
本发明提供一种优选的纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：
（1）、原料准备：
设计的纳米水泥土真三轴试样如下：软土的含水率为20%；软土的干密度为1.5g/cm3；纳米材料采用纳米氧化镁，掺入量为干土质量的2%；水泥采用普通硅酸盐水泥，掺入量为干土质量20%，真三轴试样为高5cm长10cm宽10cm的长方体，其体积为500cm3，纳米水泥土分别进行龄期为1天和7天的A、B两组真三轴试验，每组需要制备5个试样；
按照设计要求，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水等4组分的混合物配制；计算可得：需要干土为500*1.5*5*2 =7500g；加水量为7500*20%=1500g；纳米氧化镁为7500*2%=150g；普通硅酸盐水泥为7500*20%=1500g。A、B两组真三轴试样4组分混合后的总质量为7500+1500+150+1500=10650g；
为了保证两组试样的均匀性，所有10个试样的原料准备、常温成形均同时进行；
根据设计，A组真三轴试样真三轴测试按时进行，B组真三轴试样的真三轴测试较原计划推迟1天进行；
（2）、常温成形：
按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土的三轴试样；
（3）、冻结加固：
根据所需龄期和加载计划，将该试样连同模具一起冷冻一段时间，使试样冻结、增加其强度和刚度；冻结温度-10℃，其中：A组冻结时间1天，B组冻结时间2天；
（4）、拆模套膜：
将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；
（5）、融冰恢复：
将套好橡皮膜的纳米水泥土三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段；试样养护的零时刻从融冰结束开始计算，A、B两组融冰恢复时间均为1天；
（6）、常温养护：
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行真三轴实验，其中：A组常温养护时间为1天，B组常温养护时间为7天。
本发明的工作原理如下：
本发明首先在长方体模具中初步制作纳米水泥土真三轴试样，由于在短龄期时，摩擦角、粘聚力均较低，长方形试样容易损坏，因此，对龄期控制非常严格；通过初步制作的纳米水泥土真三轴试样连同长方体模具一起冷冻一段时间，使试样冻结、增加其强度和刚度；由于冻结状态下，软土、水泥、纳米材料之间不会发生化学反应，所以可以通过加大冻结时间来满足将来加载测试时的时间调整，然后，将试样在冻结状态下从模具中拆除，在常温下静养融冰，恢复至常温阶段。最后，将融冰恢复的试样进行常温养护直至设计龄期时，进行真三轴实验。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明通过增加一次人工冻结过程，提高纳米水泥土真三轴试样在制作和安装过程中的强度和刚度，准确的控制常温养护龄期，最大限度的减少真三轴试样制作缺陷对纳米水泥土真三轴力学测试产生的不利影响。
现有技术中，纳米水泥土真三轴试样在短龄期时（如1天龄期）强度严重不足，在成形、套橡皮膜、安装在测试基座上等所有环节上均可能产生棱角破损或缺失、试样折段等缺陷；即使随着龄期的增加（如4天龄期），纳米水泥土真三轴试样具有了一定的强度和刚度，能够满足成形、安装在测试基座上等环节的要求，但在套橡皮膜这一环节上仍然容易产生棱角破损、内部出现裂纹、试样折段等缺陷，导致无法进行后继的正常真三轴测试，不易操作；本发明通过增加试样冻结环节，大大提高了套橡皮膜过程中纳米水泥土真三轴试样的强度和刚度，有效解决了这些技术的缺陷。
（2）本发明中，纳米水泥土真三轴试样的养护龄期可以通过融冰恢复前的冻结时间调整，更有利于实验室测试的安排。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式：
实施例1：
某高层建筑，基础设计开挖深度为6m。为确保该基坑在开挖初期的稳定性，并尽可能的加快开挖速度，设计方采用纳米水泥土对基坑周围的软土进行快速加固，需要对纳米水泥土进行龄期为1天的1组真三轴试验。根据现场地质资料，纳米水泥土各组分确定如下：软土的含水率为20%；软土的干密度为1.5g/cm3；纳米材料采用纳米二氧化钛，掺入量为干土质量的2%；水泥采用普通硅酸盐水泥，掺入量为干土质量10%。真三轴试样为高5cm长10cm宽10cm的长方体，其体积为500cm3。本次的真三轴试验共需要制备5个1天龄期的纳米水泥土真试样。
本实施例的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，包括如下步骤：
（1）、原料准备。
按照设计的含水率、试样密度、配合比、试样个数，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水等4组分的混合物配制。计算可得：需要干土为500*1.5*5=3750g；加水量为3750*20%=750g；纳米二氧化钛为3750*2%=75g；普通硅酸盐水泥为3750*10%= 375g。4组分混合后的总质量为3750+750+75+375=4950g。
（2）、常温成形。
严格按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土的三轴试样。计算得每个试样的总质量为495g。
（3）、冻结加固。
根据所需龄期和加载计划，将该试样连同模具一起冷冻一段时间，使试样冻结、增加其强度和刚度。冻结温度-10℃，冻结时间为1天。
（4）、拆模套膜。
冻结1天后，将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜。
（5）、融冰恢复。
将套好橡皮膜的纳米水泥土三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段。试样养护的零时刻从融冰结束开始计算。静养融冰时间为1天。
（6）、常温养护。
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行实验测试。本次试样的常温养护时间为1天。
实施例2：
某高速公路工程，为确保该工程施工过程的安全性，并尽可能的加快施工进度，设计方采用纳米水泥土对其路基软土进行快速加固，需要对纳米水泥土分别进行龄期为1天和7天的A、B两组真三轴试验，每组需要制备5个试样。
根据现场地质资料，纳米水泥土各组分确定如下：软土的含水率为20%；软土的干密度为1.5g/cm3；纳米材料采用纳米氧化镁，掺入量为干土质量的2%；水泥采用普通硅酸盐水泥，掺入量为干土质量20%。真三轴试样为高5cm长10cm宽10cm的长方体，其体积为500cm3。为了保证两组试样的均匀性，所有10个试样的原料准备、常温成形均同时进行。
计算可得：需要干土为500*1.5*5*2=7500g；加水量为7500*20%=1500g；纳米氧化镁为7500*2%=150g；普通硅酸盐水泥为7500*20%= 1500g。A、B两组真三轴试样4组分混合后的总质量为7500+1500+150+1500=10650g。
纳米水泥土各组分混合后，由于仪器设备原因，B组试样的真三轴测试较原计划推迟1天进行。
本实施例的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，包括如下步骤：
（1）、原料准备。
按照设计的含水率、试样密度、配合比、试样个数，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水等4组分的混合物配制。
（2）、常温成形。
严格按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土的三轴试样。
（3）、冻结加固。
根据所需龄期和加载计划，将该试样连同模具一起冷冻一段时间，使试样冻结、增加其强度和刚度。优选地，冻结温度-10℃。
（4）、拆模套膜。
将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜。
（5）、融冰恢复。
将套好橡皮膜的纳米水泥土三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段。试样养护的零时刻从融冰结束开始计算。优选地，融冰恢复时间为1天。
（6）、常温养护。
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行实验测试。
根据以上制备过程和加载设计，A、B两组试样各步骤的时间安排见表1。
表1、制备A、B两组试样各步骤的时间。
由上述实施例和表1可以看出：本发明通过在制样过程中增加冻结过程，提高短龄期试样强度和刚度的同时，准确控制了试样的常温养护时间，最大限度的减少真三轴试样制作缺陷对纳米水泥土真三轴力学测试产生的不利影响；对应的真三轴试验最后仍在常温下进行，不需要对仪器进行任何改装，简单方便。
Claims (10)
1.一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按设计要求配置纳米水泥土；（2）然后在长方体模具中制作纳米水泥土真三轴试样；（3）根据设计龄期，将纳米水泥土真三轴试样连同长方体模具一起冷冻，使试样冻结，增加其强度和刚度；（4）将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；（5）将套好橡皮膜的纳米水泥土真三轴试样在常温下静养融冰，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段；（6）融冰结束后的纳米水泥土真三轴试样，养护至设计龄期后，再进行真三轴试验。
2.根据权利要求1所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：所述纳米水泥土配置，是由软土、水泥、纳米材料、水按比例混合后制成。
3.根据权利要求1所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：融冰结束后的纳米水泥土真三轴试样，进行真三轴试验，真三轴试验在常温下进行。
4.根据权利要求1所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：所述养护为常温养护，养护期为从融冰结束开始至进行真三轴试验的期间。
5.根据权利要求1所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：通过增加冻结过程，增加纳米水泥土真三轴试样短龄期时的强度和刚度，使其满足真三轴试验的操作要求。
6.根据权利要求1所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：在冻结状态下，软土、水泥、纳米材料之间不会发生化学反应，通过调整冻结时间，控制养护时间至设计龄期。
7.根据权利要求6所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：冻结时间为1天，制备的纳米水泥土真三轴试样在常温养护1天后，进行真三轴测试。
8.一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、原料准备：
按照设计的纳米水泥土真三轴试样，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水的混合物配制；
（2）、常温成形：
按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土真三轴试样；
（3）、冻结加固：
根据设计龄期，将制作的纳米水泥土真三轴试样连同模具一起冷冻，使试样冻结、增加其强度和刚度，冷冻温度-10℃；
（4）、拆模套膜：
将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；
（5）、融冰恢复：
将套好橡皮膜的纳米水泥土真三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段；
（6）、常温养护：
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行真三轴实验。
9.根据权利要求8所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：
（1）、原料准备：
设计的纳米水泥土真三轴试样如下：软土的含水率为20%；软土的干密度为1.5g/cm3；纳米材料采用纳米二氧化钛，掺入量为干土质量的2%；水泥采用普通硅酸盐水泥，掺入量为干土质量10%；真三轴试样为高5cm、长10cm、宽10cm的长方体，其体积为500cm3，共制备5个1天龄期的纳米水泥土真三轴试样；
按照设计要求，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水的混合物配制；计算可得：需要干土为500*1.5*5=3750g；加水量为3750*20%=750g；纳米二氧化钛为3750*2%=75g；普通硅酸盐水泥为3750*10%=375g，4组分混合后的总质量为3750+750+75+375=4950g；
（2）、常温成形：
按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土真三轴试样，计算得每个试样的总质量为495g；
（3）、冻结加固：
根据设计龄期，将该试样连同模具一起冷冻一段时间，使试样冻结、增加其强度和刚度，冻结温度-10℃，冻结时间为1天；
（4）、拆模套膜：
冻结1天后，将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；
（5）、融冰恢复：
将套好橡皮膜的纳米水泥土真三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段，试样养护的零时刻从融冰结束开始计算，静养融冰时间为1天；
（6）、常温养护：
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行真三轴实验，常温养护时间为1天。
10.根据权利要求8所述的一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法，其特征在于：
（1）、原料准备：
设计的纳米水泥土真三轴试样如下：软土的含水率为20%；软土的干密度为1.5g/cm3；纳米材料采用纳米氧化镁，掺入量为干土质量的2%；水泥采用普通硅酸盐水泥，掺入量为干土质量20%，真三轴试样为高5cm长10cm宽10cm的长方体，其体积为500cm3，纳米水泥土分别进行龄期为1天和7天的A、B两组真三轴试验，每组需要制备5个试样；
按照设计要求，计算所需干土重量、水泥掺入量、纳米材料掺入量和加水量，进行土、水泥、纳米材料、水等4组分的混合物配制；计算可得：需要干土为500*1.5*5*2=7500g；加水量为7500*20%=1500g；纳米氧化镁为7500*2%=150g；普通硅酸盐水泥为7500*20%= 1500g；A、B两组真三轴试样4组分混合后的总质量为7500+1500+150+1500=10650g；
为了保证两组试样的均匀性，所有10个试样的原料准备、常温成形均同时进行；
根据设计，A组真三轴试样的真三轴测试按时进行，B组真三轴试样的真三轴测试较原计划推迟1天进行；
（2）、常温成形：
按照设计密度，计算并称取每个试样所需混合物的总重量，在长方体模具中制作纳米水泥土真三轴试样；
（3）、冻结加固：
根据所需龄期和加载计划，将该试样连同模具一起冷冻一段时间，使试样冻结、增加其强度和刚度；冻结温度-10℃，其中：A组冻结时间1天，B组冻结时间2天；
（4）、拆模套膜：
将试样在冻结状态下从模具中拆除，套上橡皮膜；
（5）、融冰恢复：
将套好橡皮膜的纳米水泥土真三轴试样在常温下静养融冰一段时间，使其内部冰晶完全融化，恢复至常温阶段；试样养护的零时刻从融冰结束开始计算，A、B两组融冰恢复时间均为1天；
（6）、常温养护：
将融冰恢复的试样进行常温养护，直至养护至设计龄期时进行真三轴实验，其中：A组常温养护时间为1天，B组常温养护时间为7天。
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2015
- 2015-02-11 CN CN201510072079.3A patent/CN104677708B/zh active Active
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