在实际工程应用中，构件会受到多种受力方式，需多方面考察水泥土的力学性能，水泥土^[1]材料性能不同于混凝土材料特性^[2]，也不同于一般的土体材料性能^[3]，有其独特的力学性能。抗拉强度是水泥土的重要力学性能，许多水泥土构件的破坏，如水泥土加固地基裂缝，有水泥土应用的心墙土石坝水力劈裂等，都与水泥土的抗拉特性有关。且水泥土的应用环境较为广泛，水泥土抗拉性能在海水、污水环境下的变化有待具体的研究。本试验通过研究水泥土在不同环境下抗拉性能的变化，为实际工程中水泥土的应用提供试验依据。

朱崇辉^[4]等通过直接拉伸的试验方法测定水泥土的抗拉强度随水泥掺量、龄期的变化规律。孙英^[5]也通过不同的试验方法测定水泥土的抗拉强度与抗压强度的关系。测定水泥土抗拉强度的方法主要有三轴拉伸试验、单轴拉伸试验、土梁弯曲试验、轴向压裂试验和径向压裂试验这5种方法^[6]。径向压裂法使用普通的加压设备和制样方法，试验操作简单，不需要加工专门的工具，试验成果稳定性、重现性较好，故本试验选用径向压裂法。

试验选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥, 土样为粉质黏土其物理力学指标为：天然含水率9.1%，天然重度18.03 kN/m³，液限34.7%，塑限20.4%，液性指数0.69，塑性指数14.3。按水泥掺入比10%，15%，20%，25%共制作4组试样，每组30个试件。采用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的试模，共计120个试件，试件分别放入(20±5) ℃的清水中和调制的0.546 mol/L的氯化钠溶液中养护。养护主要分14，28，45，60，70 d，5个龄期，如图 1所示。

图 1 水泥土试件养护 Fig. 1 Curing of cement-soil specimens

根据《水泥土配合比设计规程》^[7]和试验设计要求，进行水泥土试件劈裂试验，主要仪器设备有微机控制单通道结构加载试验机。

对养护龄期为14，28，45，60，70 d的试件进行劈裂试验，计算试件的抗拉强度。

根据水泥土在清水和氯化钠溶液养护条件下，不同水泥掺量、不同龄期抗拉强度的变化规律，可由劈裂试验试件的破坏荷载计算求得，水泥土的抗拉强度可由式(1) 计算：

(1)

式中，σ_t为水泥土的劈裂抗拉强度；P为破坏荷载；A为试件的劈裂面面积。

根据图 2显示，14，28，45，60，70 d这5个龄期的水泥土，在清水和氯化钠溶液养护条件下，其劈裂抗拉强度均随其水泥掺量的增加而增加，对水泥土强度变化进行分析处理，可以得出14，28，45，60，70 d清水养护条件下的水泥土每增加5%水泥掺量，其抗拉强度增长幅度有较大差异，其增长比率如图 3(a)所示。

图 2 抗拉强度-水泥掺量曲线 Fig. 2 Curves of tensile strength vs. cement content

图 3 强度倍数变化曲线 Fig. 3 Curves of strength multiple

清水养护条件水泥土水泥掺量由10%增加到15%时，水泥土强度增长比率随时间由1.75倍增加到2.37倍，水泥土掺量由15%增加到20%和由20%增加到25%，其抗拉强度的增加倍数分别由1.59降低到1.18和1.47降低到1.25，两者变化差别不大。分析此现象的原因：(1) 水泥土中水泥掺量较少(10%)时，水泥水化生成物较少，颗粒之间固化黏结程度较差，并且水泥土密实度较低，故受拉容易破坏，增加5%的水泥掺量对低掺量(10%)水泥土的水化反应影响较大，故强度增加明显，龄期增长使影响加剧；(2) 水泥掺量较多时，水泥土较为密实，颗粒之间的固化黏结程度较好，增加5%水泥掺量对高掺量的水泥土水化反应影响相对较小，龄期的增长对强度影响反而较水泥土早期强度增长弱。

氯化钠溶液养护条件下水泥土水泥掺量由10%增加到15%，15%增加到20%，20%增加到25%强度的增加倍数变化情况比较稳定，如图 3(b)所示。

而此变化情况是由水化反应、氯化钠溶液养护条件的影响共同决定的，故可用氯化钠溶液养护条件下，水泥土强度随掺量增加变化比率减去已知的清水养护条件下水泥土随掺量增加变化比率，结果如图 4所示。

图 4 强度倍数变化差曲线 Fig. 4 Curves of strength multiple difference

由图 4，氯化钠溶液对于低掺量水泥土的水泥掺量增加起到了负增长的影响，而且，随着龄期的增加，这种影响在不断地增大。对于高掺量的水泥土水泥掺量增加起到的影响相对较小，分析其原因：一方面，低掺量水泥土本身强度较低，氯化钠溶液对水泥土产生的影响较水泥土本身强度而言，比例较大，而对高掺量水泥土水泥掺量增加，由于其本身强度较大，影响的比例相对较小；另一方面，低掺量水泥土密实度较差，氯化钠的腐蚀影响较高掺量水泥土明显。

研究表明，水泥土的无侧限抗压强度(静强度)随着水泥掺入比的增大而增大^[8-9]，经试验已再次验证。

对养护时间为14，28，45，60 d和70 d的水泥土试件劈裂测试结果进行分析。

清水中各水泥掺量水泥土抗拉强度的发展规律如图 5(a)所示。以水泥掺量为20%的水泥土为例，在14 d至70 d各龄期强度的增长速度可分别近似为6.7×10^-3，2.9×10^-3，2.3×10^-3，2.2×10^-3MPa/d。由此可见，水泥土的强度随龄期的增长而增长；其早期强度增长较快，随龄期增加，抗拉强度的增长速度变缓。

图 5 抗拉强度-龄期变化曲线 Fig. 5 Curves of tensile strength vs. curing age

氯化钠溶液中各水泥掺量水泥土强度的发展规律见图 5(b)。水泥土早期抗拉强度增长较快，当水泥土在氯化钠溶液中养护28 d以后，水泥土强度出现降低的趋势。通过比较发现，在氯化钠溶液中养护70 d后，水泥掺量10%，15%，20%，25%的水泥土抗拉强度较养护28 d时分别降低了5.6%，17.4%，14.4%，34.9%，总体可见，在一定范围内，水泥掺量越多，氯化钠溶液对水泥土的腐蚀效应越强。

通过对试验观察，氯化钠溶液对水泥土抗拉强度的影响可以分两部分，在28 d之前，氯化钠溶液养护下水泥土的早期强度明显高于清水养护下的水泥土，且强度提高较为明显；28 d之后，氯化钠溶液养护下水泥土抗拉强度有降低的趋势，而清水养护下的水泥土抗拉强度呈持续增长的状态，并逐渐高于氯化钠溶液中养护的水泥土抗拉强度。

但当水泥掺量较少时，如图 6(a)所示，氯化钠溶液对水泥土强度的提高较为明显，其强度高于在清水中养护的水泥土。在养护28 d后，在氯化钠溶液中的水泥土抗拉强度比清水中的水泥土抗拉强度高出91.12%。由此可见，在氯化钠溶液中水泥土早期强度提高显著。

图 6 抗拉强度-龄期变化曲线 Fig. 6 Curves of tensile strength vs. curing age

此外，综合图 6(b)~(d)可知，由于水泥土在清水中的抗拉强度呈持续增长的状态，40 d左右时，清水养护条件下的水泥土抗拉强度已超过氯化钠溶液养护条件下的水泥土，且随着龄期的增加，其差距愈加明显，氯化钠溶液体现出其对水泥土的腐蚀性。

分析造成此种现象的原因：Cl^-与水泥土中的水化物氢氧化钙生成CaCl₂·6H₂O结晶，轻质NaCl结晶和CaCl₂·6H₂O等产物对水泥土产生分解与结晶的复合作用^[10-12]。氯化钠使水泥土的孔径分布发生改变，水泥土中的水泥水化产物与结晶物共同将颗粒连接在一起形成较强的结构链接，对水泥土的早期强度提高有利。而经历较长时间(超过28 d)后，当水泥土内部孔隙结构被完全填充后，随着水化产物和结晶物含量的继续增加，将会造成水泥土体积膨胀，出现损伤裂纹，使得水泥土试块的整体强度降低^[13-18]。

文中对水泥土在清水和氯化钠溶液两种养护条件下的抗拉强度进行了试验探讨，得到了不同水泥掺量、不同龄期，对水泥土抗拉强度的影响规律。主要结论有：

(1) 无论在清水或氯化钠溶液的氧化条件下，水泥土的抗拉强度总随其水泥掺量的增加而增加。且每增加5%的水泥，对于低掺量10%，15%的水泥土强度随时间增加越为明显，约增加1.75~2.37倍。对于氯化钠溶液养护的水泥土，低掺量的水泥土受到的腐蚀效果也更为明显，氯化钠对水泥土水化反应起到抑制作用，约使水泥土强度少增加0.6~1.4倍。

(2) 水泥土在清水的养护条件下，其抗拉强度随龄期呈稳定增长的趋势，在达到一定抗拉强度(本试验约60 d)后趋于稳定；水泥土在氯化钠溶液的养护条件下，其早期(28 d前)抗拉强度较高，后期(60 d后)有下降趋势，最后趋于稳定。

(3) 氯化钠溶液有利于提高水泥土的早期强度，对水泥土后期的腐蚀也较为明显。