無圍壓縮

本研究欲瞭解廢棄土依土壤水泥技術改良後之力學性質，在無圍 壓縮試驗中對於三種含水量（

w

＝

OMC

−2%、

OMC

及

OMC

+2%）、 五種不同水泥含量（

a

_w=2%、4%、8%、12%及16%）及二種養護齡 期（t_c= 7及28days）下，依標準夯實能量狀態探討無圍壓縮性質。試 驗是採用

φ

10 cm x 20cm 的試體，試體製作完成後，進行養護至所 定齡期（7及28days），再進行無圍壓縮試驗，直到試體破壞（見圖6.2）。 本試驗共製作二十個試體，試驗結果見表6.2。

一、 水泥含量與強度的影響

添加水泥與土壤攪拌，主要由於所加的水泥顆粒因水化作用產生 膠體充塞於孔隙之間互相粘結，使土壤顆粒緊密結合而達到改良效 果。可預期地，隨著

a

_w的提高，上述作用愈能發揮，土壤的改良強度 也愈高。

圖 6.3 ~6.6 係土樣在其含水量（最佳含水量及其乾、濕側），養 護時間

t

_c= 7、28days，

a

_w分別為2%、4%、8%、12%、16%時，無

圍壓縮試驗所得之強度變化趨勢。由實驗結果得知隨著水泥含量增加

q

u值愈高。當

a

_w達到4％時，強度已有明顯的提高。可是，水泥含量 超過 8%之後，強度隨著水泥含量增加而增加之情形，有逐漸減緩之 趨勢，而其變形行為開始呈現脆性達尖峰強度後即破裂，即其變形行 為近似混凝土；另於a_w＞8％之試體，其變形行為更相近於混凝土。

針對不同的含水量(最佳狀態及其乾、濕側)，在養護二十八天 後，不同水泥含量與強度之間的關係如圖6.7 所示。三種含水量的試 樣皆隨著

a

_w增加而

q

_u值愈高。而在各種水泥含量的狀況下，以濕側 的強度為最高。應是濕側土壤所含水分充足，讓水泥有足夠之水可進 行水化反應，因此濕側強度增量較乾側及最佳狀態為高，但不論為最 佳含水量或乾、濕側之土樣，其強度皆遠高於未加水泥之土壤，表示 其改良成效顯著。

土樣於最佳含水量未添加水泥的狀況下，其強度為57kPa，而在 最佳含水量下，分別添加 2%、4%、8%、12%及 16%水泥經養護七 天 後 ， 其 強度分 別 為 254

kPa

、708

kPa

、813

kPa

、1,167

kPa

及 1,747

kPa

，增加了 4.5 倍、12.4 倍、14.3 倍、20.5 倍及 30.6 倍，隨著 水泥含量增加強度也持續增加。可說是如預期般，水泥添加愈多其顆 粒間的黏結就愈緊密，而使填塞於土壤顆粒中之水泥藉膠結作用發揮 固化土壤之功效，促使試體強度提昇。

二、 齡期與強度的影響

添加水泥與土壤混合攪拌而成改良土，其強度隨養護時間之變化 關係，將會影響工程進度的安排與控制。一般水泥系水泥料均需一段 時間的養護後，其強度才會逐漸發展，所以養護時間的長短，對於改 良土強度有很大的影響。一般要求混凝土施工之品質均是以 28 天為

主，然而在土壤水泥相關的研究中發現，改良土在短期的養護時間 裡，即可發揮改良效果，且其強度隨養護時間的增加而逐漸趨於緩和

（王明德，2002）。

土壤水泥強度與齡期之關係，如圖 6.8 所示般，由圖可看出

q

_u與 養護齡期之數值呈正比關係；其關係表示強度隨著齡期的增加而增 加；而在短期養護時間內，無圍壓縮強度即有明顯的增加，表示改良 後具有速效性的特徵。

依據張廷玨等人(1994)研究中指出 Dunlap et. al.發現第 28 天的無 圍壓縮強度是第 7 天的 1.7 倍，而 Williams 認為第 28 天的無圍壓縮 強度是第 7 天的 1.4 倍，但一般認為 1.5 倍是比較合理的估計數值。

本研究試驗結果顯示 28 天

q

_u值為 7 天

q

_u值之 1.4~2.6 倍之間，與一 般認為知1.5 倍有些許差異，究其可能原因為土料中含有雜物之成分 有關；整體而言，其趨勢仍顯示隨齡期之增加而

q

_u值也隨之增大。

三、 無圍壓縮之應力－應變行為

土壤添加水泥改良後的強度較改良前有顯著的增加，但破壞時應 變相對變小，亦即土壤由改良前的延展性(ductility)材料轉變為改良後 的脆性(brittle)材料。

由改良土試體進行無圍壓縮試驗所得之應力－應變關係可知，在 應力－應變曲線的初始階段會有一向上凹的曲線，此乃因改良土試體 之受壓面不平整，以致內部裂縫、孔隙因受壓進行閉合而產生立即變 形，雖然應變量增加，但所增加的應力卻非常有限所致。改良土試體 的強度逐漸發揮，應力－應變曲線成一明顯增加的趨勢，此時試體亦 開始產生新裂縫，最後試體達到降伏而破壞（王明德，2002）。

由改良土之應力－應變曲線可發現，如何正確地求得改良土的彈

性模數

E

值，並不容易。因此在許多改良土相關研究中，均是定義割 線模數

E

₅₀（0.5

q

_u/ε）作為分析依據（見圖 6.9），因割線模數亦可直 接顯現出其承載能與抵抗變形能力，其值越大表其抗變形能力也大，

較不易因荷重而產生有害變形。

以下將逐一探討割線模數與水泥含量、齡期及無圍壓縮強度之間 的關係：

一、割線模數與水泥含量之關係

圖6.10 為土樣於不同的含水量(最佳狀態及其乾、濕側)下，養護 齡期為二十八天，所繪製出不同水泥含量應力－應變之關係直方圖。

依 據 本 試 驗 之 結 果 得 知 ， 土 樣 在 未 添 加 水 泥 時 的 割 線 模 數 為 5.3

MPa

；以濕側為例，隨著水泥含量的增加其割線模數

E

₅₀依序為 55

MPa

、107.8

MPa

、123.8

MPa

、132.4

MPa

及 205.1

MPa

；而與未 加水泥比較，分別增強 10.3 倍、20.3 倍、23.4 倍、25.0 倍及、38.7 倍，可知其割線模數與水泥含量有良好之線性關係。且由圖中可發 現，整體而言濕側之割線模數較乾側及最佳狀態為大，究其原因應是 濕側試體有足夠之水分進行水化作用。但不論乾側、最佳狀態或濕側 之情況下，探討水泥含量對割線模數之影響，整體趨勢而言，可知割 線模數隨著水泥含量增加而增加，其割線模數與水泥含量也都是呈現 良好之線性關係。

二、割線模數與養護齡期之關係

如圖 6.11 所示，土樣於濕側時，分別添加 2%、4%、8%、12%

及 16%水泥後，經過 7 天和 28 天之養護後，其應力－應變之變化關 係。依據本試驗結果得知，在未添加水泥時的割線模數為5.3

MPa

， 依 7 天齡期之增加其割線模數

E

₅₀依序為 25.6

MPa

、89.0

MPa

、

102.1

MPa

、117.2

MPa

及146.2

MPa

；而28 天齡期之增加其割線模數

E

50依序為55

MPa

、107.8

MPa

、123.8

MPa

、132.4

MPa

及205.1

MPa

。 而與齡期 7 天比較，分別增強 2.1 倍、1.2 倍、1.2 倍、1.1 倍及、1.4 倍。由以上試驗結果說明，在土壤經水泥改良後，其割線模數與水泥 含量及齡期皆有良好線性關係。

由試驗數據分析結果得知，表示經土壤水泥改良後之試體，強度 會大幅增強，且抵抗變形的能力亦增加，但試體會因為水泥量越多，

使試體較沒延展性，而容易產生脆性破壞；以土料拌合2%水泥夯實 在最佳含水量狀態下為例，養護齡期為7天時，即可提昇其

q

_u值為未 加水泥之11.8倍。

本研究之無圍壓縮強度試驗，雖然僅做7天及28天齡期，但結果 顯示，以最佳含水量狀態為例，土壤水泥在養護7天後，隨著水泥含 量增加，其

q

_u值由254

kPa

提高到1,747

kPa

；而養護28天後，其

q

_u值 也由於649

kPa

提到2,484

MPa

，且28天強度均大於7天強度，介於1.4 倍～2.6倍之間。可知試體會隨著養護時間增加，其該

q

_u值也就愈大 時，破壞時也易產生脆性破壞的情形發生；究其原因應是因是，水化 作用會隨時間增加，其膠結作用就更臻完全。

再者，由試驗結果知曉，土壤水泥在養護7天後，隨著水泥含量 增加，其

E

₅₀由25.6

MPa

提高到146.2

MPa

；而養護28天後，其

E

₅₀也 由於81.4

MPa

提到207.8

MPa

，且28天強度均大於7天強度，介於1.1 倍～2.1倍之間，故研判土壤水泥之

E

₅₀應也會隨著齡期增加而增大，

可知割線模數與水泥含量的整體趨勢顯示有良好之正比關係；但水泥 含量4％時，割線模數由89

MPa

提高至90.5

MPa

，相較於其他之水泥 含量其變化並不明顯，值得再多研究探討。

在文檔中 1.3 研究流程 (頁 105-110)