土壤固化劑物理力學(xué)性能的影響因素

高永剛 劉葉棟 王 陽(yáng)

(中國(guó)建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京 100024)

1 前言

近幾年來(lái)，土壤固化劑由于具有高效低耗以及節(jié)約能源的特性，被作為一種新型的工程材料在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于道路基層[1-3]、渠道防滲[4]和水利工程[5-6]等各個(gè)領(lǐng)域，例如廣東324國(guó)道、銀川109國(guó)道及砂質(zhì)渠道防滲護(hù)坡工程、北京昆玉河改造工程。土壤固化劑作為一種新型的土壤固化材料，它的出現(xiàn)、研究與應(yīng)用解決了軟弱地基處理中很多實(shí)際問(wèn)題，其固化土體具有速度快、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在一些不足：如直接作為基層強(qiáng)度還不夠高、單一品種固化劑只能適應(yīng)某種特定類型土壤等等。本文通過(guò)調(diào)整固化劑及水泥的摻量，并對(duì)成型試件進(jìn)行不同齡期的養(yǎng)護(hù)，通過(guò)對(duì)其抗壓強(qiáng)度及凍融循環(huán)等的研究，從而找到影響土壤固化劑物理力學(xué)性能的因素。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)把握固化對(duì)象的工程特性，有針對(duì)性地進(jìn)行研究。

2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的土壤為北京地區(qū)的黃土，屬粉質(zhì)黏士。試驗(yàn)前將土樣混勻風(fēng)干，過(guò)0.5和0.2cm篩備用，其物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。

固化劑選用粉狀綠色土壤固化劑，其放射性指標(biāo)為IRa=0.3，Ir=0.9；其游離甲醛含量為0.02g/kg；其氨的釋放量為＜0.01%。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

本文中采用不同的配合比（見表2），進(jìn) 行 試 樣 的 制 備，試 件 尺 寸 選 用100mm×100mm×100mm的 立 方 體 試 塊。試 樣項(xiàng)目為抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)和25次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失及抗壓強(qiáng)度損失。

表1 供試土壤物理性質(zhì)

表2 配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試件1d脫模后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至齡期，在進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。齡期為3d、7d、14d、28d。試驗(yàn)結(jié)果見表3-表7。

表3 軟化系數(shù)

圖1 固化劑摻量與軟化系數(shù)的關(guān)系

通過(guò)表1及圖1可以看出，固化劑的摻量對(duì)軟化系數(shù)的影響還是比較大的，軟化系數(shù)隨著固化劑摻量的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。而養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)軟化系數(shù)的影響比較不明顯，在固化劑的摻量低的情況下，軟化系數(shù)是隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而變大，在摻量適中的情況下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)軟化系數(shù)基本上沒(méi)有影響，而在比較高的摻量時(shí)，軟化系數(shù)是呈現(xiàn)拋物線的趨勢(shì)，在一定時(shí)間達(dá)到最高點(diǎn)后，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加軟化系數(shù)是呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)的。

表4 抗壓強(qiáng)度/MPa

圖2 固化劑摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

由表2及圖2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，抗壓強(qiáng)度還是隨著固化劑摻量的增加、養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。符合基本的規(guī)律。但是固化劑的摻量不是越大，強(qiáng)度就會(huì)越高，至于最有的固化劑摻量，還有待于進(jìn)一步的研究。

由于3d齡期的試塊強(qiáng)度太低，故不進(jìn)行凍融循環(huán)。

表5 齡期為7d試塊25次凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

表6 齡期為14d試塊25次凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合表5-7來(lái)看，固化劑的摻量對(duì)凍融循環(huán)的影響是：摻量增加，承受凍融的能力越強(qiáng)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，抵抗凍融的能力越強(qiáng)。

4 結(jié)論

通過(guò)本文的試驗(yàn)研究得出：摻量和養(yǎng)護(hù)時(shí)間是影響土壤固化劑物理力學(xué)性能的兩個(gè)主要原因。主要結(jié)論如下：

（1）總體來(lái)說(shuō)固化劑的摻量越大，軟化系數(shù)越大；但在大摻量時(shí)，軟化系數(shù)是隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加呈現(xiàn)拋物線發(fā)展的。

（2）固化劑的摻量越大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度越大。

（3）固化劑的摻量越大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，抵抗凍融的能力越強(qiáng)。

表7 齡期為28d試塊25次凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

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