生物酶土壤固化劑應(yīng)用分析

于廣和

（黑龍江省高速公路管理局，黑龍江 哈爾濱 150040）

路面結(jié)構(gòu)的基層是主要的承重結(jié)構(gòu)層?；鶎硬牧显谲囕v荷載和環(huán)境的綜合作用下發(fā)揮力學(xué)特性，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的使用性能具有十分重要的影響。派酶是一種生物酶，可作為基層材料的固化劑。派酶加固土自身力學(xué)性質(zhì)應(yīng)包括無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗彎拉以及回彈模量等。

1 材 料

1.1 試驗(yàn)用土

試驗(yàn)時(shí)，在距地表1.5～3.0 m 范圍內(nèi)取得試驗(yàn)用土，土樣顏色略呈黃色，文獻(xiàn)［2］中對(duì)它的物理、化學(xué)性質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，分析結(jié)果如表1所示。

1.2 水泥

試驗(yàn)選用天鵝牌P.O32.5＃普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)物理及力學(xué)指標(biāo)如表2所示。

表1 土壤物理性質(zhì)

表2 水泥的物理指標(biāo)

1.3 固化劑

試驗(yàn)時(shí)土壤固化劑選用生物酶固化劑——派酶固化劑，由美國(guó)生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)方案

保持土質(zhì)不變，研究派酶固化劑用量對(duì)加固土力學(xué)性能的影響，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)法進(jìn)行各因素及水平的組合（見(jiàn)表3）。

表3 派酶加固土配比組成

2.2 試驗(yàn)方法

采用壓實(shí)法對(duì)試件進(jìn)行成型處理。按照重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定最佳含水量以及最大干密度（見(jiàn)表4）。

表4 派酶加固土的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

3 力學(xué)性能評(píng)價(jià)

3.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

隨著劑量的增加，各種配比的被加固土7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均有一定幅度的升高（見(jiàn)圖1），在不改變水泥劑量的情況下，將派酶用量不斷提高，被加固土的強(qiáng)度則表現(xiàn)出先期隨派酶用量增加而增加，而后反而隨派酶用量增加而降低。

圖1 派酶劑量對(duì)加固土強(qiáng)度的影響

3.2 抗拉強(qiáng)度

容許拉應(yīng)力是路面設(shè)計(jì)的主要控制指標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)材料抗拉強(qiáng)度不易直接測(cè)試，通常由試驗(yàn)得出劈裂強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度來(lái)代替。

3.2.1 劈裂強(qiáng)度

如圖2所示，派酶加固土劈裂強(qiáng)度較高，水泥劑量不變，隨著派酶劑量的增加，劈裂強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)劑量達(dá)到0.05%后，派酶加固土劈裂強(qiáng)度隨劑量增加反而呈下降趨勢(shì)。

以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，摻入派酶土壤固化劑的水泥加固土的間接抗拉性要優(yōu)于普通的水泥加固土，并存在一個(gè)最佳用量。

圖2 派酶劑量對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響

3.2.2 抗彎拉強(qiáng)度

抗彎拉強(qiáng)度的測(cè)試在電液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載方式為三分點(diǎn)加載。

如圖3 所示，保持水泥劑量不變，派酶用量在0.05%最佳用量時(shí)，被加固土的抗彎拉強(qiáng)度達(dá)到最大值，相比較未摻派酶的加固土，抗彎拉強(qiáng)度最小，因此，可以得出這樣的結(jié)論，派酶固化劑可提高被加固土的抗彎拉強(qiáng)度。

圖3 抗彎拉強(qiáng)度結(jié)果對(duì)比

3.3 派酶加固土的模量

3.3.1 抗壓回彈模量

對(duì)6%水泥劑量的派酶加固土試件進(jìn)行抗壓回彈模量試驗(yàn)。養(yǎng)生齡期分別為7d和90d，試驗(yàn)前將試件飽水24h。試驗(yàn)試件抗壓回彈模量的測(cè)試使用路基路面材料強(qiáng)度試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)中加載板的計(jì)算單位壓力采用0.6 MPa（見(jiàn)圖4）。

圖4 抗壓回彈模量結(jié)果對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果可知，派酶用量為0.05%時(shí)，養(yǎng)生齡期為7d時(shí)，被加固土的抗壓回彈模量為372 MPa；派酶固化劑用量為0.1%時(shí)，相同齡期試件的抗壓回彈模量為366 MPa，而同齡期普通水泥加固土抗壓回彈模量為343 MPa，隨齡期增長(zhǎng)，對(duì)比7d養(yǎng)護(hù)齡期的抗壓回彈模量，兩種派酶用量（0.05%和0.1%）在90d養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)的抗壓回彈模量分別提高了88%、89%，分別達(dá)到701 MPa、679 MPa與同齡期沒(méi)有摻入派酶的加固土（僅加入普通水泥）相比，90d抗壓回彈模量提高了70%。通過(guò)對(duì)比分析可知，派酶固化劑可提高土體的抗壓回彈模量，并能夠增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度。

3.3.2 抗彎拉模量

通過(guò)對(duì)水泥混凝土抗彎拉彈性模量進(jìn)行測(cè)試（間接獲得抗彎拉模量），試驗(yàn)時(shí)將千分表固定在試件跨中截面，測(cè)試跨中撓度。

抗彎拉模量試驗(yàn)結(jié)果表明（見(jiàn)圖5），水泥劑量對(duì)派酶加固土抗彎拉模量影響較大，6%水泥劑量的3組試件的抗彎拉強(qiáng)度比4%水泥劑量的試件分別提高了836MPa、913MPa、1 029MPa；保持水泥用量不變，0.05%的派酶用量使得被加固土抗彎拉模量最高，由此可知，派酶固化劑對(duì)加固土的抗彎拉模量有一定影響。

圖5 抗彎拉模量試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

派酶固化劑對(duì)加固土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗彎拉性能、抗壓及抗彎拉模量都具有較大影響，派酶固化劑劑量為0.05%時(shí)是最佳用量，可作為公路基層材料使用。

［1］鄧學(xué)鈞.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG E40－2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］高大釗，袁聚云.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］程培峰，李國(guó)棟.正交設(shè)計(jì)在加固土試驗(yàn)研究中的應(yīng)用［J］.低溫建筑技術(shù)，2008，2（3）：72－73.

［5］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTJ 057－94公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，1994.

［6］中華人民共和國(guó)交通部.JTG E30－2005 公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］中華人民共和國(guó)交通部.JTG D50－2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.