抗疏力劑固化細(xì)粒土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析

梁永貴，申鐵軍

(1.山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000；2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

0 引 言

細(xì)粒土抗疏力劑是在常溫下可直接固結(jié)土體，能夠與粘土礦物反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)的土壤硬化劑，是固化劑的一種。其原理是利用化學(xué)外摻劑對(duì)土體進(jìn)行化學(xué)處里，改變土粒組成和土體的工程特性，從而提高土體強(qiáng)度，改善土質(zhì)壓實(shí)特性。從固化劑發(fā)展的過(guò)程以及固結(jié)機(jī)理來(lái)看，現(xiàn)有的固化劑大體可以分成四大類：高聚物類固化劑、電離子溶液(ISS)類固化劑、石灰水泥類固化劑、礦渣硅酸鹽類固化劑。其中，礦渣硅酸鹽類固化劑與石灰水泥類固化劑即傳統(tǒng)意義上的無(wú)機(jī)結(jié)合料類。

1 試驗(yàn)?zāi)康募耙饬x

針對(duì)不同種類的土樣，保證水泥劑量相同，摻入不同種類的固化劑和不摻固化劑，做標(biāo)準(zhǔn)試件中∮5 cm×5 cm，通過(guò)測(cè)試7 d無(wú)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比分析不同種類土樣對(duì)不同固化劑的契合效果，根據(jù)7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果，初步選擇出每種土樣對(duì)應(yīng)的最優(yōu)固化劑。

2 原材料及固化劑的試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 原材料種類

四種土樣:A、B、C、D；四種固化劑:a、b、c、d；水泥:P042.5水泥

2.2 原材料處理

(1)對(duì)土樣進(jìn)行晾曬，碾碎團(tuán)聚大顆粒，篩除其中小石子等非土壤的雜物，然后用5 mm標(biāo)準(zhǔn)圓孔土壤篩篩除大于5 mm的顆粒，裝袋備用。

(2)對(duì)a、b、c、d四種固化劑進(jìn)行稀釋，稀釋比例1∶100。

(3)準(zhǔn)備內(nèi)容

①針對(duì)建設(shè)項(xiàng)目周邊，進(jìn)行土體固化材料的分布調(diào)查；土體固化材料的詳細(xì)成分分析，特別是道路有害物質(zhì)和環(huán)境污染有害物質(zhì)的分析，有害物質(zhì)處理研究；土體固化材料的特性及其路用性能的影響研究；

②土體固化材料的加工工藝研究，大多數(shù)土體固化材料不能直接用于道路建設(shè)，需要加工處理或改性處理才能使用；綜合利用土體固化材料，研究土體固化材料在道路建筑的組成設(shè)計(jì)，施工工藝；

③土體固化材料的道路性能研究；土體固化材料的道路耐久性研究。

3 固化劑試驗(yàn)分析

依據(jù)雙電子層理論及固化劑的作用機(jī)理，土粒受表面影響的陽(yáng)離子層與表面的負(fù)電荷合稱雙電子層，粘土顆粒表面由于本身性質(zhì)帶有受靜電引力吸附的水化陽(yáng)離子和固定數(shù)量的負(fù)電荷，吸附的陽(yáng)離子越靠近土顆粒表面，靜電引力越大陽(yáng)離子濃度越大。土粒表面的雙電子層區(qū)域存在結(jié)合水，而水膜厚度由土粒的靜電引力決定，因此土粒的結(jié)合水受電子層中電荷濃度的影響。細(xì)粒土水膜厚度對(duì)粘性土的工程性質(zhì)有直接影響，水膜厚度大，顆粒間的相對(duì)距離變大，土的塑性高，土的強(qiáng)度隨之降低。新型固化劑為一種陰離子表面活性劑，將其摻入土壤中，與含有一定水分的土壤混合后，發(fā)生一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，它與土壤顆粒所帶的正負(fù)電荷發(fā)生反應(yīng)，極大地減少結(jié)合水膜的厚度，置換出土粒表面的水分子并生成一種不可溶解的終合物，發(fā)揮類似水泥的凝固作用，同時(shí)降低偶極電荷，減弱土壤顆粒間的排斥力，破壞土壤顆粒間的吸附力，對(duì)土壤的壓實(shí)密度有著直接作用；縮小了土壤顆粒之間的空隙，使其承載能力大大加強(qiáng)，從而達(dá)到高密實(shí)度、高斥水性、強(qiáng)承載力和抗壓強(qiáng)度，提高土體的承載能力與抗?jié)B性能。

3.1 選用土樣進(jìn)行試驗(yàn)分析

分析結(jié)果具體見表1、表2。

表1 土樣物理、水理指標(biāo)表

表2 土樣CBR值與壓實(shí)度關(guān)系表

3.2 不同土樣物理化學(xué)性能比較分析

從A、B、C、D四種土樣的液塑限測(cè)定結(jié)果可以看出：A土樣塑性指數(shù)僅1.4，依據(jù)雙電子層理論，表明改變結(jié)合水中的正負(fù)電荷性質(zhì)可以影響結(jié)合水膜的厚度，從而改變土壤的強(qiáng)度，可見A土樣不適宜固化；C土樣接近為高液限土，B土樣和D土樣為低液限粉質(zhì)黏土(塑性指數(shù)均大于10，小于17)。C土樣液限為47.4%，接近50%，塑性指數(shù)為33.8%，遠(yuǎn)大于26%。由于高液限土容重較輕，難以壓實(shí)，常規(guī)壓實(shí)難以達(dá)到施工要求的壓實(shí)度，強(qiáng)度低。詳見表3。

表3 四種土樣的界限含水率對(duì)比表

3.4 不同固化劑7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較分析

試驗(yàn)比例為m水泥∶m土∶m抗疏力劑=5∶95∶0.03，A固化劑來(lái)穩(wěn)定土，其抗壓效果好，C土樣可達(dá)到2.7 MPa，B土樣可達(dá)到3.7 MPa，詳見表4。

表4 四種固化劑的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比表

表4數(shù)據(jù)也印證了C土的擊實(shí)結(jié)果和7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。最大干密度僅為1.691 g/cm3，較B土低，用等劑量的水泥輔以相同的固化劑穩(wěn)定土，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較B低。從C土樣和B土樣的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果可以看出，C土樣平均值可達(dá)到2.7 MPa，B土樣平均值可達(dá)到3.7 MPa。C土樣整體比B土樣的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度低1 MPa左右，這是由于兩種土質(zhì)不同的原因造成的，C土樣接近為高液限土，難以壓實(shí)，強(qiáng)度較低，通過(guò)兩種上樣7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果縱向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)，兩種土樣用6%水泥輔以A固化劑來(lái)穩(wěn)定土，其抗壓效果好。

3.5 推廣應(yīng)用前景

從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)看，抗疏力劑作為新型筑路材料已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，研制、生產(chǎn)、推廣應(yīng)用的步伐持續(xù)加快，為道路工程建設(shè)提供了新的思路。復(fù)合穩(wěn)定無(wú)機(jī)結(jié)合料技術(shù)在本項(xiàng)目工程中廣泛應(yīng)用，不但符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，同時(shí)施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益顯著，更主要的是對(duì)抗疏力劑這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，可以延伸至石灰穩(wěn)定土、水泥石灰綜合穩(wěn)定土底基層、基層，由此可見，推廣應(yīng)用前景非常廣闊。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)抗疏力固化材料，參照無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土，根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)行抗疏力固化土室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，就抗疏力固化土室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行探討，在此基礎(chǔ)上研究抗疏力新型固化材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化情況。