一种纳米水泥土真三轴试样的制样方法
【专利说明】
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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。
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【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。
[0003] 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。
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【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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。 [0011] 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-KTC ; (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。
[0012] 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I. 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IOcm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-KTC，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。
[0013] 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。
[0014] 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I. 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IOcm宽IOcm的长方体，其体积为500cm 3,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