新型固化三合土最優(yōu)配合比試驗(yàn)研究

句明亮

（中鐵十九局第三工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110122）

常年以來(lái)，石灰在土的固化中發(fā)揮著重要作用，但石灰為高污染材料，近些年價(jià)格較高，品質(zhì)不穩(wěn)定，因此，傳統(tǒng)的三合土配合比逐漸被摒棄。本文應(yīng)用最新型土質(zhì)固化劑，混合硅酸鹽水泥、粉煤灰、砂、石等，研究其強(qiáng)度最優(yōu)配合比。分析 7d、28d、90d 的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度確定固化劑、水泥等材料在土壤中的最佳摻量，以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用中具有良好的性價(jià)比。

1 原材料

固化劑為上海同博材料科技有限公司生產(chǎn)，為無(wú)機(jī)類(lèi)固化劑，主要由硫鋁酸鹽類(lèi)、早強(qiáng)組分和激發(fā)組分等復(fù)配而成。試驗(yàn)用土的性質(zhì)見(jiàn)表1；水泥為亞泰42.5 級(jí)的普通硅酸鹽；粉煤灰為鐵嶺熱電廠生產(chǎn)的I 級(jí)粉煤灰；砂為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.3；碎石為0.5-1cm 石灰?guī)r碎石。

表1 土的物理力學(xué)性質(zhì)

2 試驗(yàn)方法

依據(jù) 《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》 （JTG E51-2009）進(jìn)行試驗(yàn)。圓柱體試件高∶直徑=1 ∶1，壓實(shí)度 95%，每次成型 9 個(gè)。將規(guī)定質(zhì)量混合料分 3 次裝入試模，每次用試棒插實(shí)，將試模放在框架千斤頂上，加壓到上下壓柱壓到試模后靜壓 1min，然后放到脫模機(jī)上脫模。試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生 6 天浸水 1 天。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)前，將試件表面刮平，記錄試件最大壓力 ，計(jì)算出試件的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 配合比及試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表

續(xù)表

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從表2 中可知：當(dāng)無(wú)固化劑，即使每立方米中加入200kg 膠材，其7d 抗壓強(qiáng)度降低近50%，說(shuō)明固化劑對(duì)抗壓強(qiáng)度有明顯的貢獻(xiàn)。主要原因是：固化劑水化反應(yīng)生成大量無(wú)定型凝膠狀CS-H、針棒狀結(jié)晶 AFt、CaCO3等，能夠把土壤固體顆粒包圍并粘結(jié)在一起形成強(qiáng)度，AFt、碳酸鹽等則起支撐與填充作用，從而提高了固化土的強(qiáng)度。

（1）固化組分的影響

選取膠材為 100kg、150kg、200kg，分析固化劑對(duì)三合土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，見(jiàn)圖1。當(dāng)膠材為150kg 和200kg 時(shí)，隨著固化組分增加，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)固化劑為2.2kg 時(shí)，強(qiáng)度最高，但固化劑從 1.8～2.2kg 強(qiáng)度增長(zhǎng)速率比 1～1.8kg 要慢。當(dāng)膠材為 100kg、固化組分達(dá)到1.5kg 時(shí)，其強(qiáng)度最高，隨后隨著固化劑的增加，其抗壓強(qiáng)度降低，可能是因膠材數(shù)量不足，拌合性不好造成的離散。

圖1 固化組分對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律

（2）土含量的影響

如圖2，當(dāng)膠材為150kg 時(shí)，隨著土的增多，強(qiáng)度逐漸下降，土為70%～75%，強(qiáng)度趨于穩(wěn)定；當(dāng)膠材為100kg 時(shí)，隨著土的增多，強(qiáng)度先增加后減少，再增加，土在 65%～70%，強(qiáng)度趨于穩(wěn)定；當(dāng)膠材為 200kg 時(shí)，隨著土的變化，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度波動(dòng)較大，當(dāng)土在70%出現(xiàn)了最高強(qiáng)度?？傮w來(lái)看，當(dāng)土在70%時(shí)，強(qiáng)度在較高的區(qū)間穩(wěn)定。

圖2 土含量對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律

（3）膠材變化的影響

圖3 可以看出，當(dāng)固化組分為1.0kg 時(shí)，隨著膠材的增加，試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度開(kāi)始增加不明顯，當(dāng)膠材超過(guò)150kg 以后，隨著膠材的增加，強(qiáng)度明顯提高；當(dāng)固化組分為1.8kg 時(shí)，隨著膠材的增加，試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸增加；當(dāng)固化組分為2.2kg 時(shí)，隨著膠材的增加，試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸提高，但當(dāng)膠材超過(guò)150kg 以后，其強(qiáng)度增長(zhǎng)率有所降低。

圖3 土含量對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律

3.3 齡期變化的影響

圖4 為膠材為150kg 時(shí)，隨著齡期的增長(zhǎng)，強(qiáng)度逐漸增大。在90d 齡期范圍內(nèi)，強(qiáng)度與齡期呈線性增加，主要原因有：隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥進(jìn)一步水化；粉煤灰二次水化效應(yīng)發(fā)揮，進(jìn)一步提高了后期強(qiáng)度。

圖4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期的關(guān)系

4 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)參數(shù)分析得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)膠材為 150-200kg 時(shí)，隨著固化組分增加，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)固化劑為2.2kg 時(shí)，強(qiáng)度最高；

（2）當(dāng)膠材為 200kg 時(shí)，土的摻量在 70%時(shí)，強(qiáng)度在較高的區(qū)間穩(wěn)定；

（3）當(dāng)膠材超過(guò) 150kg 以后，隨著膠材的增加，強(qiáng)度明顯提高；

（4）在 90d 齡期范圍內(nèi)，固化土隨著齡期的增長(zhǎng)，強(qiáng)度逐漸提高。