拓弭水泥土壤加固劑的試驗研究

湯洪霞　劉鶴　寇海磊　郭燕文

【摘 要】針對開發(fā)的拓弭水泥（商品名稱）土壤加固劑，介紹了加固劑的固化機理，并對加固劑加固土進行了擊實、滲透試驗，以及無側限抗壓強度試驗。研究結果表明，拓弭水泥對土壤的工程性質無影響；拓弭水泥加土試樣隨時間增長強度僅提高了10%；拓弭水泥、土和石子摻合在一起的試樣隨時間增長強度明顯提高，提高了近1倍。試驗結果為工程應用提供了依據(jù)。

【關鍵詞】土壤加固劑；拓弭水泥；加固土；試驗研究

一、引 言

土壤加固劑是摻加到土中能夠與土發(fā)生一系列物理——化學反應的添加劑，它能夠改善和提高土的工程性質。土壤加固劑加固土是利用產量多、分布廣且開采和加工都比較容易的當?shù)赝亮献鳛橹饕希诩夹g和經濟上都具有重要意義。

本文研究的是一種粉狀土壤加固劑——拓弭水泥（商品名稱），拓弭水泥是普通水泥與某元素（一種特殊合成添加物）混煉而成的混合物，此混合物除了具有水泥的特點，還增加了細粒泥土等的固化能力。本文針對拓弭水泥加固劑進行了擊實、滲透以及無側限抗壓強度試驗研究。

二、試驗材料及固化機理

（一）試驗材料

試驗用的加固劑拓弭水泥是利用某國開發(fā)的某元素與水泥（P.O42.5）按質量比1：99摻和攪拌而成。試驗所用土樣來源于大慶某工地，試驗土樣的物理性質指標見表1。

（二）拓弭水泥的固化原理及適用范圍

固化土壤的基本原理是破壞土壤粒子之間原有的無規(guī)則結合形態(tài)，使它們重新形成一種致密穩(wěn)定的網狀結構，這種網狀結構不可逆轉，從而使土壤得到高強度固化。固化過程不受氣候、地形以及地質條件的限制，短時間內可達到高強度的收縮密度，不開裂，抗剪強度大。

拓弭水泥的適用范圍較廣，適用于石子，砂，粉砂，粘土和有機土。拓弭水泥有水泥的性質，但在凝結時間上拓弭水泥自身硬結凝結時間短，不需要養(yǎng)護，和其他水泥相比有一定的優(yōu)越性。

三、試驗過程與結果分析

對試樣進行土的輕型擊實試驗、滲透試驗和無側限抗壓試驗，得到試樣的物理力學指標。根據(jù)輕型擊實試驗得到試驗土樣的最大干密度為1.51g/cm3，最優(yōu)含水率為23.6%。采用變水頭滲透試驗驗測得滲透系數(shù)k20為2.77×10-7 cm/s，依據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》可知試驗加固土仍為粉質黏土。無側限抗壓強度試驗具體試驗情況如下。

（一）試樣制備

（1）拓弭水泥加土試樣制備由土樣的顆粒級配試驗結果可知，土樣為中粒土。根據(jù)《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTG E51-2009）》，無側限抗壓試驗的試樣應制備成Ф100×100的圓柱體。首先根據(jù)試模尺寸，要求配比（拓弭水泥質量占其與土混合物總質量的8%），及由擊實試驗測得的最優(yōu)含水率和最大干密度計算出試樣的質量，并計算稱取所需土、拓弭水泥及水的質量，將其拌合均勻并采用油壓千斤頂將其壓入試模中制成所需的試樣。

（2）拓弭水泥、土加石子試樣制備。由土樣的顆粒級配試驗結果可知，土樣為中粒土。根據(jù)《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTG E51-2009）》，無側限抗壓試驗的試樣應制備成Ф100×100的圓柱體。首先根據(jù)試模尺寸，要求配比（試樣按質量比制備，試樣中各成分質量占試樣總質量的比例分別為0.5-1cm的石子40%，土50%，拓弭水泥10%），及由擊實試驗測得的最優(yōu)含水率和最大干密度計算出試樣的質量，并計算稱取出所需土、石子、拓弭水泥及水的質量，將其拌合均勻并采用油壓千斤頂將其壓入試模中制成所需的試樣。

（二）試驗結果與分析

（1）拓弭水泥加土

將試樣放入養(yǎng)護室內恒溫恒濕養(yǎng)護，根據(jù)《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTG E51-2009）》的相關要求，采用壓力機進行試驗，分別測取試樣齡期為14d和28d的無側限抗壓強度。每組測定的試樣為3個，測得齡期為14d和28d的試樣無側限抗壓強度數(shù)據(jù)如表2和表3所示。

根據(jù)表2結果，齡期14d的試樣的平均抗壓強度為1.21MPa。

根據(jù)表3結果，齡期28d的試樣的平均抗壓強度為1.34MPa。

根據(jù)表2和表3所得結果比較可知，試樣隨時間增長強度有所提高，但提高幅度較小，僅提高了10%。

（2）拓弭水泥、土加石子

將試樣放入養(yǎng)護室內恒溫恒濕養(yǎng)護，根據(jù)《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTG E51-2009）》的相關要求，采用壓力機進行試驗，分別測取試樣齡期為14d和28d的無側限抗壓強度。每組測定的試樣為3個，測定所得齡期為14d和28d的試樣的無側限抗壓強度數(shù)據(jù)如表4和表5所示。

根據(jù)表4結果，齡期14d的試樣的平均抗壓強度為2.70MPa。

根據(jù)表5結果，齡期28d的試樣的平均抗壓強度為4.90MPa。

根據(jù)表4和表5所得結果比較可知，試樣隨時間增長強度有所提高，且提高幅度較大，提高了大約1倍。

四、結 論

通過對拓弭水泥加固土的一系列試驗研究，可以初步得出以下結論：

（1）采用拓弭水泥加固土，對土壤的工程性質沒有影響，添加前后均為粉質黏土；

（2）拓弭水泥加土試樣隨時間增長強度提高，但提高幅度不大，僅提高了10%；

（3）拓弭水泥、土和石子摻合在一起的試樣隨時間增長強度明顯提高，提高了近1倍；

（4）需要對拓弭水泥加固土的耐久性進行研究。土壤加固劑作為一種新材料需要在工程實踐中不斷改進和提高。

參考文獻：

[1] 《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）[S]. 北京： 人民交通出版社， 2007.

[2] 《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51—2009）[S]. 北京： 人民交通出版社， 2009.