杨晶   李一铭

辽宁省城市建设学校

[摘要]目的在充分研究粉状土壤固化剂作用机理的基础上,复合配制一种新型土壤固化剂,测试评价其在道路底 基层的应用性能。方法以水泥、高钙粉煤灰、石灰和专用激发剂为原材料,复合配制新型土壤固化剂,测试其固化土的 无侧限抗压强度和间接抗拉强度、7d弯沉值、浸水膨胀量及其抗冻性,与水泥稳定土进行比较。结果随着固化剂的掺 量的增大,无侧限抗压强度和间接抗拉强度相应增大,试件的密实度显著影响其无侧限抗压强度和间接抗拉强度,随 着试件养护龄期的不断增大,后期无侧限抗压强度和间接抗拉强度相应增大。与水泥稳定土相比,其抗冻性能明显改 善。结论以水泥、高钙粉煤灰、石灰和活性激发剂作为原料复合的新型土壤固化剂有利于公路底基层性能的提高。

[关键词]土壤固化剂 道路 作用机理 强度 承载能力

引言

土壤固化剂是一种新兴的筑路胶凝材料,在土中掺入足量 固化剂和水,经拌合、压实、养生后得到混合料,当其抗压强度满 足规定要求时,称为固化剂稳定土,主要用于公路路面基层和底 基层,以及交通量较少的简易道路的面层及软路基的处理。用这 种固化剂稳定基层材料性能可靠,板体性好,早期强度高,后期 强度持续增长,水稳和抗干缩及抗冻性好,并可就地取材,施工 方便。土壤固化剂稳定土底基层不仅具有水泥稳定砂砾底基层 同样的强度和耐久性,还解决了传统筑路中某些不良土不能直接应用于道路中的局限[1],可适应不良级配的砂砾、砾类土、粉 质土、粘质土、风集砂等土体。土壤固化剂是以粉煤灰、石灰、水 泥和激发剂等为原料复合而成的粉状胶凝材料。为研制以高钙 粉煤灰作为主要原料的一种新型的土壤固化剂,笔者做了大量 的基础研究工作,本文就新型土壤固化剂在道路底基层的应用 进行了工程试验研究,并取得了良好的效果。

1.试验原料

为试验方便,采用沈阳冀东水泥有限公司生产的P.O32.5 水泥,其性能指标见表1。

石灰选用大石桥生产的消石灰;

活性激发剂为自制;

土取自盘锦地区某试验路段的粘土。其液限为37.8%,塑限为25.5%,塑性指数为12.3,土的密度为2548kg·m,其颗粒 组成情况如表4。由颗粒组成及液塑性,该土为含砂低液限粘 土。

2.固化作用机理

新型土壤固化剂是由普通硅酸盐水泥组分、高钙粉煤灰、石 灰、活性激发剂复合而成的一种粉末状胶凝材料。当固化剂掺入 具有一定含水率的土体时,发生了一系列的物理化学反应,使固 化剂与土形成的固化土体系具有了一定的强度和其他工程性 质。水泥熟料遇水发生水化反应生成C-S-H和CH,C-S-H 提供了早期强度,CH与固化剂中的碱共同激发粉煤灰中玻璃 体的活性,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。固化材料颗粒与土壤 颗粒相互填充,形成最紧密堆积结构,使土壤固化体系形成细观 层次的自紧密状态。土壤和水化产物之间通过水化产物的搭接, 产生了强有力的“微集料填充”和“骨架支撑”作用[3]。增强了固 化土体系的强度。由于该反应是持续发生的,因此,被固化剂固 化的体系的强度随时间呈递增趋势,在道路的底层发挥了很好 的强化效应。

3.试验结果与评价

3.1配合比的设计

固化剂对道路的承载性能有着重要的影响。在工程中,固化 剂的掺入量与工程指标的要求、现场土的性质和筑路成本有着 密切的关系,在本研究中,试验路段的设计要求如表5。

根据工程要求及现场土的性质,同时考虑技术经济等因素, 采用了以下配比进行试验:

(1)土:固化剂=91:9

(2)土:固化剂=93:7

不同配比下的最佳含水量和最大干密度如表6所示。

由固化含砂低液限粘土的击实结果可以看出,在较大的击 实(重型击实)条件下,固化剂掺量的微小变化对这两种固化土 的最佳含水量和最大干密度影响不大。

3.2 强度试验

道路基层抗压强度和底基层的抗压强度是衡量道路性能的 一个重要指标,《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000中 规定,二级及二级以下公路的基层抗压强度为2.5~3.0MPa,底 基层为1.5~2.0MPa,高速公路和一级公路基层3~5MPa,底基层为1.5~2.5MPa[4]。 根据以上两种配比击实试验所得的最佳含水率和最大干密 度,采用JTJ05-94中T805-94标准规定的方法制备试件。试 件尺寸为Ф50×50mm,压实度为97%,20℃±2℃标准养护。测 得其间接抗拉强度和无侧限抗压强度如表7所示。

由间接抗拉强度和无侧限抗压强度试验的结果可以看出, 随着固化剂的掺量的增大,无侧限抗压强度和间接抗拉强度相 应增大,试件的密实度显著影响其无侧限抗压强度和间接抗拉 强度,随着试件养护龄期的不断增大,后期无侧限抗压强度和间 接抗拉强度相应增大。参照《公路路面基层施工技术规范》 JTJ034-2000中关于水泥稳定土的强度标准,在含砂低液限粘 土里掺入9%新型土壤固化剂,即可满足公路底基层的技术要 求。

3.3回弹弯沉及浸水膨胀量

回弹弯沉值和浸水膨胀量是表征路基路面承载能力的重要 指标。回弹弯沉值愈大,路基路面的承载能力愈小,反之则愈大。 本试验采用贝克曼梁法测回弹弯沉值,弯沉仪长度为54mm,每 隔30m测一点,测试结果如表8所示。

由表8可知,该固化剂可以达到设计标准的要求,由7d的弯 沉值可知,新型土壤固化剂其有较好的早强作用。测试的浸水膨 胀量为0.021%,表明固化后的底基层水稳定性能良好。由此可 见,掺入新型土壤固化剂改善了道路的承载能力。

3.4抗冻融性

对于寒冷地区,在一年中,经常处于冷暖交替的气候状态。 因此,道路底基层的抗冻性能对道路的质量有着重要的影响。为 比较固化剂底基层系统的抗冻效果,在本研究中,与水泥稳定土 进行了对比抗冻试验,试验中对用9%固化剂和同掺量P.O32.5 水泥分别稳定同种含砂低液限粘土,试件的冻融循环试验结果 见表9。

从表9固化剂固化土试件和水泥稳定土试件的抗冻试验结 果可以看出,新型固化剂固化土试件在经过12个冻融循环后,质量损失为7.36%,而同剂量的水泥稳定土试件则在6个循环 结束时就已经完全破坏了,固化剂固化含砂低液限粘土的耐冻 融循环稳定性要高于同剂量的水泥稳定土,固化剂固化土有着 比水泥稳定土好的抗冻性能。

4 结论

(1)与水泥稳定土底基层性能相比,以水泥、高钙粉煤灰、石 灰和活性激发剂作为原料复合的土壤固化剂有利于公路底基层 强度的提高。

(2)在较大的击实(重型击实)条件下,固化剂掺量的微小变 化对这两种固化土的最佳含水量和最大干密度影响不大。

(3)随着固化剂的掺量的增大,无侧限抗压强度和间接抗拉 强度相应增大,试件的密实度显著影响其无侧限抗压强度和间 接抗拉强度,随着试件养护龄期的不断增大,后期无侧限抗压强 度和间接抗拉强度相应增大。在含砂低液限粘土里掺入9%新型 土壤固化剂,可以满足公路的底基层的技术要求。

(4)7d的弯沉值表明新型土壤固化剂其有较好的早强作 用。固化土体系的底基层水稳定性能良好,其浸水膨胀量为 0.021%。

(5)新型固化剂固化土试件在经过12个冻融循环后,质量 损失为7.36%,而同剂量的水泥稳定土试件则在6个循环结束 时就已经完全破坏了,固化剂固化含砂低液限粘土的耐冻融循 环稳定性要高于同剂量的水泥稳定土,固化剂固化土有着比水泥稳定土好的抗冻性能。

参考文献

[1]CJJ/80-98固化类路面基层和底基层技术规范[S].

[2]JTJ051-93公路土工实验规程[S].

[3]李迎春.粉土固化稳定机理研究[J].岩土工程学报, 2004,(3).

[4]JTJ034-2000公路路面基层施工技术规范[S].