高 俊

(杨陵区水务局,陕西杨凌712100)

摘要:通过土料击实试验、抗压强度及抗渗试验,研究了土壤固化剂及防渗涂膜的性能,并对不同含水量固化土 试件的抗压强度和抗冻性能进行试验研究。结果表明:土壤固化剂可提高土料的密实度和抗压强度,防渗涂膜可作 为防渗材料使用。在此基础上提出了固化剂及防渗涂膜的应用设想。

关键词:土壤固化剂;防渗涂膜;性能试验

中图分类号:TU411.3;TU592 文献标识码:A 文章编号:1672-643X(2008)02-0109-03

土壤固化剂自20世纪中期开始开发应用以 来[1,2],成分从单一的无机材料向有机和无机复合发 展,形态由固态发展为固态、液态并存,固化效果也 从适用于单一土料向固化不同种类的土料过度,品 种越来越多,固化效果越来越好,在交通、水利、矿业 等工程领域得到成功应用[3],固化机理也得到研 究[1,2,4]。

常用的土壤固化剂掺量一般为干土料质量的15 %左右[5~7],对于线长面广的渠道衬砌、土料回填等 水利工程来说,利用土壤固化剂固化渠基、回填等土 料存在着两方面的不足:一是需用的固化剂总量较 大,运输费用增加;其次不同地区的土料种类不同,一种固化剂不能保证不同土料都得到最佳固化,而固化剂品种过多时又会给工程中的实际应用带来不便。

为了克服常规土壤固化剂存在的不足,应用某创新公司开发研制的土壤固化剂和杨凌地区土料,研究固化剂的性能,掺加普通硅酸盐水泥以提高固 化土料的强度和浸水软化系数,固化土表面覆涂防渗涂膜以提高固化土料的抗渗性和抗冻性,为研制出的土壤固化剂和防渗涂膜在渠道防渗等水利工程中的应用提供依据。

1 性能试验

1.1 试验材料

试验用土壤固化剂由A、B两种组分组成,使用 时混合比例为1∶1。固化剂应用于粘土的推荐掺量 为干土质量的0.8%,其中0.1%为土壤固化剂, 0.7%为助剂,使用时用适量的水配制成溶液喷洒于土料中。

试验用土料为陕西杨凌粘土,为了提高固化土强度,并验证固化剂对砂土的适应性,部分土料为粘 土中掺入一定量的杨凌渭河中砂(细度模数为2.90) 形成的3∶7砂土。固化土中掺加的水泥为陕西眉县水泥厂生产的太白牌PO32.5R普通硅酸盐水泥。防渗涂膜所用的防渗液为单组分,常温下为液体。试验用土料、水泥、防渗液的性能指标见表1~3。

1.2 试件制作及养护

固化土试验用试件包括抗压强度试件、抗渗试 件、抗冻试件,抗压强度试件和抗冻试件的尺寸相 同,为Φ100mm×100mm的圆柱体,抗渗试件用砂 浆抗渗试模成型,尺寸为Φ(75~85)mm×30mm的圆台。试件成型前,先根据土壤固化剂使用说明书中 的推荐掺量确定土壤固化剂掺量,确定试验土料种 类,然后进行土料的标准击实试验[1],确定土料的最佳含水量和最大干密度。

土料的最佳含水量确定后,按此含水量配制土 料,土料中掺加的水泥在试件成型前30min均匀拌 入含水量为固化水泥土最佳含水量的固化土料中。 根据不同的压实度和试件尺寸,称取1个试件所需 的拌合土料,装入试模,在压力机上用容积法限位成 型,压缩位移量达到要求后,稳压30s后卸载。抗渗 试件成型时,由于试件尺寸小,难以控制试件的干密 度,采用将抗渗试件试模放置于抗压试件圆柱体试 模内,称取土料时扣除抗渗试件试模壳体所占的体 积,在抗压试模内先装入厚度30mm左右的已称取 拌合土料,然后将抗渗试模放置在铺垫的土料上,把 称取的剩余拌合土料装入抗压试模内,在压力机上 成型试件,从而保证了抗渗试件的压实度。

固化土试件脱模后,立即装入塑料袋中并封口, 以保证固化土试件在成型含水量下固化,封口后将 固化土试件放入水泥混凝土养护室中养护,试件的 养护温度为20℃。

1.3 试验结果

固化土试件养护到规定龄期后,从塑料袋中取 出,自然风干,含水量达到要求时,进行性能试验。抗 压强度试验在压力机上进行,测试其最大破坏荷载, 计算抗压强度。抗渗试验在砂浆抗渗仪上进行,抗冻 试验采用SD105—82中的慢冻法,以质量损失不超 过5%为承受1次冻融循环。防渗涂膜分两次刷涂于 抗冻试件表面,以提高抗渗性能。固化土及应用防渗涂膜后的性能试验结果见下表。

2 试验结果分析

2.1 素土和水泥土最大干密度

从表4可看出,素土的最大干密度为1.71 g/cm3,掺入0.8%土壤固化剂后,素土的最大干密 度为1.72g/cm3,最优含水量从17.0%增大为 17.5%,表明固化剂可改善试验土料的击实性能,提高密实度。

当固化剂掺量同为0.8%时,水泥土比素土的 最大干密度略小,原因主要有两个方面:首先普通硅 酸盐水泥的颗粒粒径和土料的颗粒粒径大致相同, 密度比土料密度大。

当固化剂掺量同为0.8%时,水泥土比素土的最大干密度略小,但水泥颗粒的粒径分布比较集中,大多在0.07mm左右,颗粒级配范围小,击实密度 小;其次水泥的标准稠度用水量在30%左右,塑限 需水量大,水泥掺量小时,最优含水量由土料决定, 不是水泥的最优含水量,水泥颗粒遇水后还会发生分散现象,从而使水泥土的最大干密度比塑土小。

2.2 抗压强度

从固化土抗压强度的试验结果可看出,试件的干密度越大,抗压强度越高,含水率越大,强度越低,对于同一土料,干密度越大,表明试样的密实度越大,抵抗压缩荷载的有效面积增加。土料的含水率增大时,土料抗压试件塑化越多[8],塑性增加,抵抗变形的能力下降,抗压强度降低。

2.3 耐久性及防渗涂膜的作用

素土抗压含水率增加,其塑性也增大,泡水后完 全蹦解。掺加5%以上水泥后,水泥水化分散于水泥土中,形成刚性骨架,此时水泥土的抗压强度由水泥水化产物骨架和分散于骨架内部的填充土料两部分 形成,当水泥土的含水率较低时,土料之间可传递压力,水泥土抗压强度较高,泡水24h后,土料塑化, 失去强度,掺加8%水泥的水泥土试件的抗压强度从 5.7MPa下降到2.4MPa。水泥土中掺加砂料后,遇水塑化程度降低,4%含水率试件的抗压强度软化 系数从水泥土的0.37提高到0.49。

塑土和水泥土的干密度基本相同,其渗透系数 也基本相同,约为1×10-7cm/s,渗透系数与试件的密实度有关。

水泥土、水泥砂土的抗冻融循环次数分别为5 次和8次,表面刷涂防渗涂膜后,塑土试件的抗冻融循环次数为5次,掺加8%水泥的水泥土、水泥砂土 的抗冻融循环次数分别提高到24次和42次,说明防 渗涂膜具有一定的防水和耐低温能力,试件含水率低于4%以下,几乎不产生冻胀。塑土试件表面刷涂防渗涂膜后,抗冻融循环次数低,可能与塑土试件强度低,冻融过程中取放试件容易损伤涂膜有关,涂膜损伤后,试件在融化过程中逐渐进水而被冻坏。

3 工程应用设想

试验用土壤固化剂对粘土和砂性土料都有一定的适应性,掺量为土料质量的0.8%左右,可溶于水,运输及使用方便。使用土壤固化剂后,可改善土 料的击实性能,从而提高压实土料的密实度,使其承载力及抗渗性能也得到提高,并节约施工成本。基于 此特点,凡是对干密度和抗渗性能有要求的回填土工程部位,都可以应用土壤固化剂,加入水泥、石灰等胶凝材料后可进一步提高回填土的抗压强度和浸水软化系数。

防渗涂膜具有一定的不透水性,变形能力强,可喷涂于渠道基面、土石坝面作为防渗层,其上可设混凝土板等保护层。目前渠库上使用的防渗材料多为膜料,对坡面形状及平整度要求严格,且膜料的幅宽 有限,存在接缝问题,施工不便,用防渗涂膜代替堆石坝的混凝土防渗面板,其优越性会更加明显。

4 结 语

(1)试验用土壤固化剂应用于粘土和砂性土料,可改善土料的击实性能,提高密实度。

(2)粘性土料掺加普通硅酸盐水泥后,最大干密度略有减小。

(3)水泥土试件的密实度决定风干抗压强度和渗透系数,水泥掺量决定其浸水软化系数,含水率决 定试件中土料的塑性。

(4)防渗涂膜可作为防渗材料使用。

参考文献:

[1]苏群,徐渊博,张复实.国际以及国内土壤固化剂的研究和前景展望[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版) 2005,19(3):1-4.

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[4]黄新,宁建国,许晟,等.固化土结构的形成模型[J].工 业建筑,2006,36(7):1-6.

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