土壤快速固化應(yīng)用技術(shù)研究

趙張明

摘 要：在對目前市面上已有的黃土固化材料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合關(guān)于土壤固化材料的研究經(jīng)驗(yàn)，提出了10種左右的黃土固話材料配比方案，并分析其基本參數(shù)優(yōu)選出了最佳配比方案。同時(shí)考慮到本固化劑應(yīng)用的便利性，對不同模數(shù)的硅酸鈉對于固化效果的影響進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)研究，從而增加了其應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：土壤固化；配比方案；強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：U4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）02-0098-03

0 引言

由于土壤種類繁多，其液限、塑限等各方面參數(shù)差異較大，因此固化材料對土壤的固化效果也不盡相同。在對目前市面上已有的黃土固化材料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題組多年關(guān)于土壤固化材料的研究經(jīng)驗(yàn)，提出了10種左右的黃土固話材料配比方案，并通過其基本參數(shù)（早期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和保水破損情況）優(yōu)選出了4種配比方案。從添加這4種固化劑的黃土所體現(xiàn)出來的力學(xué)參數(shù)和路用性能來看，4#固化劑方案所成型的土的各項(xiàng)指標(biāo)較好，并且成本較低，所以推薦將4#固化材料配比方案作為黃土快速固化劑使用。同時(shí)考慮到本固化劑應(yīng)用的便利性，對推薦固化劑配比方案中的核心材料——不同模數(shù)的硅酸鈉，對于固化效果的影響進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)研究[1]，見表1。

1 固化土力學(xué)性能研究

1.1 強(qiáng)度試驗(yàn)

1.1.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是反映路面材料強(qiáng)度的基本指標(biāo)，通過3 d、7 d和28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（如表2所示）來最終優(yōu)選出了4個(gè)配比方案，分別進(jìn)行各齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度和三軸剪切強(qiáng)度測定，如圖1。

從4條曲線可以看出，在各齡期中配方4#的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都是最大的，3d到7d強(qiáng)度增長較緩慢，7d到28d強(qiáng)度增長明顯.而其他三個(gè)配方強(qiáng)度不僅較低，且隨齡期增長較緩慢，配方2#的28d強(qiáng)度甚至有所降低。

1.1.2 彎拉強(qiáng)度

材料的彎拉強(qiáng)度對于土類材料來說是一個(gè)重要而敏感的設(shè)計(jì)參數(shù)，因此彎拉強(qiáng)度（如表3所示）必然將作為固化劑優(yōu)選的主要指標(biāo)。

試驗(yàn)結(jié)果表明（圖2所示），配比方案4#的7 d和28 d彎拉強(qiáng)度都是最大的。配方1#的早期彎拉強(qiáng)度最低，但后期強(qiáng)度增長較快，28 d彎拉強(qiáng)度與4#相近，這主要是配比方案1#中的水泥起了重要作用。

1.2 模量試驗(yàn)

模量是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，其大小反映了材料在荷載作用下的抗變形能力。通過對添加4種固化材料的土體進(jìn)行抗壓回彈模量和彎拉模量試驗(yàn)?？箟夯貜椖Ａ繙y定結(jié)果如表4和表5所示。

應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線（圖3和圖4所示）表明，土體在較大的應(yīng)力范圍內(nèi)都具有良好的回彈變形，見表6，這說明土體本身的塑性變形得到了改善。

從抗壓回彈模量的測試結(jié)果可知，7d抗壓回彈模量大小的排序?yàn)?#＞3#＞4#＞2#，28d抗壓回彈模量的排序?yàn)?#＞1#＞2#＞3#。配方1#的7d抗壓回彈模量最大，強(qiáng)度較大的4#抗壓回彈排第三，而配方4#的28d抗壓回彈模量增長較快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他三個(gè)配比[2]。

2 固化土路用性能研究

由于路面材料要經(jīng)歷大自然氣候的變化，所以影響其耐久性的一種重要指標(biāo)就是材料的抗凍性。抗凍性是以規(guī)定齡期（28 d或90 d）的材料在經(jīng)過數(shù)個(gè)凍融循環(huán)后的飽水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍前飽水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比來評價(jià)的。固化土28 d凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果如表7、圖5所示。

從凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果看出，經(jīng)過5次凍融循環(huán)后，2#的質(zhì)量損失率最低，4#的強(qiáng)度殘留度最大。1#出現(xiàn)凍融循環(huán)過程中質(zhì)量增加的現(xiàn)象，主要是由于試件飽水后內(nèi)部含水量增加造成的。

3 添加不同類型的關(guān)鍵材料的的固化土強(qiáng)度對比

對于所推薦的4#配比而言，關(guān)鍵材料（簡稱“Key材料”）在其中起著非常重要的作用，因此有必要對不同類型Key材料的差異性進(jìn)行試驗(yàn)研究，以確保固化劑性能的穩(wěn)定性和應(yīng)用的便利性[3]。

選用兩種有代表性Key1材料和Key2材料進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，其3 d和7 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如圖6所示。

圖6表明，相比Key1材料（3 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.75 MPa，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.8 MPa），添加2.6%的Key2材料時(shí)土體的早期強(qiáng)度更高，強(qiáng)度增長更快。這主要有兩個(gè)原因：一是Key1材料不溶于（或微溶于）水，而Key2材料溶于水，可以均勻地分布于土體中以充分發(fā)揮其本身的作用。二是Key2材料具有更強(qiáng)的粘結(jié)性。因此綜合各方面的因素，Key2材料被認(rèn)為是比較理想的4#配比方案的關(guān)鍵材料。

4 結(jié)語

從固化土的研究現(xiàn)狀中可以知道，以往的固化土研究著重考慮固化劑對土物理力學(xué)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的改善，不同的固化劑都不同程度的增強(qiáng)了土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。其中7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值能達(dá)到2.56 MPa。所研究的4種固化劑中4#對黃土的加固效果最理想，3 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能達(dá)到2.75 MPa，28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能達(dá)到3.48 MPa，充分體現(xiàn)了快速固化的特點(diǎn)。除此之外，還對固化土其他物理力學(xué)性質(zhì)（抗壓回彈模量、彎拉強(qiáng)度、彎拉模量、三軸剪切強(qiáng)度）進(jìn)行了測定，物理力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)良好。另外，針對特殊的路用性，還對固化土的凍融循環(huán)、抗?jié)B性能、抗磨耗性能、摩擦系數(shù)等路用性能進(jìn)行的測定，測定結(jié)果肯定了固化劑對土路用性能的改善。

參考文獻(xiàn)

[1] CJ/T3073-1998，土壤固化外加劑[S].

[2] CJJ/T286-2018，土壤固化劑應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB/T50123，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].