1.苏群  2.郭欣欣  3.张复实

(1.黑龙江工程学院,黑龙江哈尔滨150050;2.黑龙江省八达路桥建设有限公司,黑龙江哈尔滨150001;3.清华大学化学系,北京100084)

摘要:PAMCATS固化剂是由黑龙江工程学院及清华大学等自主研制的新型聚合物土壤固化剂,它除了具有普通固化剂的功能之外,还具有较好的抗冻性能,所以适合寒区无砂石或少砂石地区应用。应用全系列实验研究该种固化剂性能的主要影响因素及水平,用正交实验对固化剂的配比进行优化,并提出适合于寒区的组分含量。

关键词:土壤固化剂;配比;正交实验;优化

中图分类号:TU58　　　文献标识码:A　　　文章编号:1671-4679(2008)02-0001-03

土壤固化剂能够改变土壤的三相组成或者能够 与土壤组分反应产生胶凝填充物质,从而提高土体 的压实承载能力,改善土体的水稳定性、抗压、抗冻 等技术性能。PAMCATS固化剂是由黑龙江工程 学院与清华大学自主研制的聚合物土壤固化剂,它 的主要成份包括A组份(以有机聚丙烯酰胺为主体 材料,添加其它化学成分形成,具有表面活性的高分 子聚合物)、B组份(一种无机聚合物盐类)以及石 灰。在固化过程中,A组份对土壤颗粒形成表面包 覆,在B组份作用下在土体中形成三维网络结构从 而维持土体稳定,石灰起到进一步提高土体强度和 水稳定性的作用。该种固化剂对周边环境污染小, 造价相对较低,比较适合寒区无砂石或少砂石地区修建公路的情况。 PAMCATS固化剂的组分已经确定,然而固化 剂掺入方式、固化剂A、B组分及石灰用量对固化性 能的影响并不明确,为了得到良好的固化效果,有必 要对配比进行优化。本研究是以固化土试件的无侧 限抗压强度为固化性能指标,采用正交实验确定各 影响因素的权重,得到优化的配比。

1　全系列实验确定影响因素及水平

在实验开展初期,设计了溶液法及粉剂法配比 组成,通过实验调整,最终确定了改良的全系列实验 方案,如表1、表2所示。

参照实验结果(见表3),对不同配比下的7d、 14d、28d强度进行分析,最终确定了固化剂掺入方 式、A组分用量、石灰用量和养护时间等4个为影响 固化性能的主要因素,为下面进行正交实验提供了 因素和水平的参考。同时,大量的制件工作加强了对土体及固化剂的直观认识,有助于提高实验数据 的平行准确性。

2　正交实验分析

2.1　影响因素及其水平

进行正交实验的影响因素及水平值见表4。表 中涉及的“悬浮法”是一种介于粉剂法和溶液法之间 的折中方法,它一方面利用水对固化剂的分散作用, 另一方面降低溶液的粘度使其符合喷洒施工的要 求,采用这种方法,聚丙烯酰胺颗粒在水中保持溶胀 状态,悬浮在水中。

2.2　用正交表安排实验

四因素三水平的实验适用L9(34)正交表,根据 正交表进行实验安排,如表5所示。在进行实验安 排时考虑到各种掺入方式实际操作的可行性,对A 组分的掺量进行了较大幅度的调整:对于溶液法,掺 量不变;对于粉剂法,由于存在拌和均匀问题,以 2.5倍的掺量来进行等价处理;对于悬浮法,则由于 悬浮溶液浓度的限制,将掺量减半。

2.3　实验结果处理

实验结果归纳为表6。由极差R值分析可知, 影响土壤固化效果的各因素影响能力强弱依次为: 石灰掺量>掺入方式>A组分掺量≈养护时间。

表 6 结果处理

作指标-因素图(见图1),从图中可知:

1)掺入方式:悬浮法优于粉剂法和溶液法。

2)A组分掺量:掺量并非越大越有利。

3)石灰掺量:在一定范围内,掺量越大越有利。 由于采用的石灰在实验后检测钙镁含量不合格,所 以有必要对显示的石灰含量打上折扣。

4)养护时间:14d达到最大值。实验中发现, 养护时间增加,不容易保证养护条件的稳定,固化土 含水量容易降低,影响其浸水稳定性。

3　结　论

本研究结果满足我国现行固化土技术标准要 求,对寒区应用PAMCATS固化剂进行土壤固化具 有较强的指导意义。通过正交实验得出了优化的组 分含量配比,相关结论如下:

1)优选的配比为A组分2‰左右、B组分1‰左 右、石灰8%左右。

2)掺入方式的改良对固化性质具有很大的影响 力。

3)PAMCATS固化土壤,养护14d以上土体即 可接近稳定强度。

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