代学灵1,赵 辉2

(1.焦作大学 河南 焦作 454002; 2.河南省第二建筑工程有限责任公司 河南 新乡 453000)

【摘 要】 由于膨胀土是具有膨胀结构、多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘土,所以,在膨胀土地区修建高速公路出现最普遍的问题就是边坡和基床的变形.故此介绍了NCS固化 剂的作用原理,即在膨胀土中掺入NCS固化剂可改善膨胀土的结构,且指出了提高路基填筑质量 的施工技术要点.

【关键词】 NCS固化剂;改善;膨胀土;作用原理;施工技术;NEC

【中图分类号】 TU472 【文献标识码】A【文章编号】1673-0704(2006)06-0041-03

NCS固化剂(NewTypeofCompositeStabilizerforCohesiveSoil)是一种新型复合粘性土固化材料的 简称,由石灰、水泥等合成添加剂改性而成.NCS加入填料中除具有石灰、水泥对土的改性作用处,还进一步 使土粒和NCS发生一系列物理化学反应,使膨胀土颗粒间紧密,彼此聚集成土团,形成团粒化和砂质化结 构,增强了土的可压实性,同时,膨胀土颗料在NCS水化反应中生成新的水化硅酸钙和水化铝酸钙,加强了 土体的强度和稳定性.所以,NCS固化剂在改善水泥性状特性方面具有重要作用.

1 改善膨胀土的作用原理[1]

NCS固化剂掺入土经拌和后,在初期主要表现为土的结团,塑性降低,最佳含水量增大和最大密实度降 低等,后期变化主要表现为结晶结构的形成.NCS固化剂主要有以下三个作用:

1.1 离子交换作用

NCS固化剂含有Ca2+和(OH)-,而土的胶体颗粒含有Na+、K+等金属离子,加水两者拌合后,根据质量 作用定律,Ca2+就能当量的置换土粒表面所吸附的一价金属离子,通过离子交换土粒被Ca2+所覆盖,缩小了 土粒直径,并使土粒凝聚而增强了粘接力.根据试验,土粒吸附Ca2+的结合水膜厚度比土粒吸附金属Na+、 K+要薄,受外来水分的影响要小,因此提高了水稳定性.

1.2 碳酸化作用

碳酸化作用就是NCS固化剂中的Ca2+和二氧化碳起化学反应而生成碳酸钙.在一定湿度条件下,表面 改善土吸收空气中的二氧化碳而被碳酸化,而在改善土内部或底部,可以通过空隙吸收空气中的二氧化碳而 被碳酸化.这一作用是Ca(OH)2的自身结晶作用,需要有较长时间才能完成,而且也是改善土后期强度的一 个重要因素,可表达为Ca(OH)2+nH2O=Ca(OH)2.nH2O.此式表明,由于石灰吸收水分,由胶体状逐步转 变为晶体,这种晶体能够相互结合,并与土粒结合成为共晶体,把土粒胶结成为整体.

1.3 胶凝作用

石灰是一种气硬性胶凝物质,水泥是一种水硬性胶凝物质,而土中含有活性的SiO2、AL2O3在水的作用 下,与NCS固化剂中的金属离子反应而生成铝酸钙、硅酸钙等.这些物质是水泥、熟石灰的主要成分,也是 NCS固化剂的主要成分,所以,掺入NCS固化剂的改善土经过一系列反应后,在土粒形成的团粒外围形成一层稳定保护膜,具有很强的粘结力.其胶凝作用更强,把土粒胶结成为整体.

2 施工工艺[2]

2.1 施工准备

NCS固化剂检测、进料:对NCS进料取样试验,检测有效钙镁含量,对不符合要求的NCS固化剂不能进 场,然后根据进度要求,本着满足施工,节约且不失效的原则进料.

素土参数汇总:不同取土场或取土场土质发生变化时,应将素土的最佳含水量、最大干密度等主要参数 进行分类,汇总,整理备案.工程用土按《公路土工试验规程》JTJ051-93进行试验.

试验段施工,根据素土和NCS固化剂的参数确定改善土的最佳含水量、最大干密度、层厚,取200m长路 基进行试验,以确定最经济、最合理的施工方案及最合适的碾压遍数、松铺厚度含水量、机具配置,以指导使 用大面积的NCS固化剂来改善土填筑路基施工.

2.2 测量放样

在合格的路基下承层上恢复中桩和边桩:边桩放至比设计宽20cm之外,直线段间距为20m,曲线段间 距为15m,桩用φ16mm钢筋制作,桩顶高出松铺素土面3cm左右. 2.3 摊铺素土 素土采用自卸汽车运输,推土机整平.摊铺素土应注意每侧加宽20cm,然后用中线检测素土的松铺厚度 .根据试验段得出的结论,膨胀土松铺厚度一般采用20cm,整平的素土面上用石灰画2m×2m的网格.

2.4 洒布NCS固化剂

按配合比在网格内洒NCS固化剂,NCS固化剂剂量按试验确定的3%洒.实际施工中,在2m×2m网格 内洒一袋即50kg,要洒均匀,而且要严格控制用量:用量过大,密实度达不到要求;用量过小,则强度达不到 要求.同时,要检测松铺厚度,以保证压实厚度.NCS与土的厚度均采取宁高勿低的原则摊铺,稍高时采用平 地机刮平,易于达到规范要求.

2.5 拌和混合料

拌和混合料采用稳定拌和机进行拌合,应注意拌合机破土25cm左右,以利于上下层粘结.拌合过程中 应派专人检查拌合深度,严禁留有素土在碾压时翻浆、起包,拌合一般需要3~4遍.

2.6 检测整形

混合料拌合均匀后,应迅速组织推土机、平地机整平.测量人员在现场进行跟踪测量,及时指挥司机精 确整平,一般每整幅路基宽测5个点,直到标高、横坡等达到规范要求为止.如果含水量过大或过小,则采取 翻晒或洒水的方法进行处理. 2.7 碾压 根据试验结果,我们采用12~15t光轮压路机,25t振动压路机相结合的方法,遵循“直线段先两侧后中 间,曲线段先两侧后外侧,先轻后重,先静压后振压,最后静压”的原则,碾压6~8遍,前后两轮重叠20~ 30cm,路肩多压1~2遍.

2.8 检测及整修

碾压完毕,按规范要求对改善土进行密实度、高程、横坡、弯沉、平整度宽度等项目进行检测,确保达到技 术规范要求.

对检测中高程超限的个别点或地段,用平地机刮平.由于混合料采用”宁高勿低“的原则,故不存在补土 现象,平地机刮平后,用光轮压路机再静压两遍,对于局部起包地段,采用局部翻挖,并将周围合格部分挖成 台阶,洒水滋润,再用相同含量的改善土回填压实至符合要求.

2.9 养护

各项指标检测合格后,应立即对其进行养护,封闭交通,严禁车辆通行及调头;洒水养护7天,使石灰改 善土表面保持湿润,但不宜过湿;必要时,采用砂土覆盖.

3 技术要求

3.1 时间选择

改善土混合后,将随时间发生一系列物理化学反应,以改变膨胀土的性质,因此,混合料当天碾压,以免 影响碾压效果.

3.2 季节选择

改善土宜在春末和夏季施工,施工期间的最低气温应在5℃以上,并避免在雨季施工,同时注意现场排 水,保证地基和已填筑的路基不被水浸泡.

3.3 接缝和“调头”处处理

两工作段的搭接部分,应采用对接形式:前一段拌合后留一段不碾压,后一段施工时,将前一段未压部分 一起进行拌合并一起碾压.施工机械不宜在压好的层上“调头”,如必须在其上调头,应采取措施(如覆盖一 层10cm厚后的砂或砂砾)保护“调头”部分,使其不被破坏.

4 结语

采用NCS固化剂改善膨胀土,不仅解决了在膨胀土地区修建高速公路填料少问题,而且改善了土填筑 的路基,并能充分阻止渗水对路基的侵蚀,提高路基的整体稳定性,具有良好的社会和经济效益.

参 考 文 献

[1]公路路基施工技术规范[S].北京:建筑工业出版社,1995.

[2]公路土工试验规程[S].北京:建筑工业出版社,1993.