土壤固化剂物理力学性能的影响因素

高永刚 刘叶栋 王 阳

(中国建筑材料检验认证中心有限公司，北京 100024)

1 前言

近几年来，土壤固化剂由于具有高效低耗以及节约能源的特性，被作为一种新型的工程材料在国内外广泛应用于道路基层[1-3]、渠道防渗[4]和水利工程[5-6]等各个领域，例如广东324国道、银川109国道及砂质渠道防渗护坡工程、北京昆玉河改造工程。土壤固化剂作为一种新型的土壤固化材料，它的出现、研究与应用解决了软弱地基处理中很多实际问题，其固化土体具有速度快、强度高、稳定性好等优点，但仍存在一些不足：如直接作为基层强度还不够高、单一品种固化剂只能适应某种特定类型土壤等等。本文通过调整固化剂及水泥的掺量，并对成型试件进行不同龄期的养护，通过对其抗压强度及冻融循环等的研究，从而找到影响土壤固化剂物理力学性能的因素。在实际应用中，应把握固化对象的工程特性，有针对性地进行研究。

2 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

试验选用的土壤为北京地区的黄土，属粉质黏士。试验前将土样混匀风干，过0.5和0.2cm筛备用，其物理性质指标见表1。

固化剂选用粉状绿色土壤固化剂，其放射性指标为IRa=0.3，Ir=0.9；其游离甲醛含量为0.02g/kg；其氨的释放量为＜0.01%。

2.2 实验方法

本文中采用不同的配合比（见表2），进 行 试 样 的 制 备，试 件 尺 寸 选 用100mm×100mm×100mm的 立 方 体 试 块。试 样项目为抗压强度、软化系数和25次冻融循环后的质量损失及抗压强度损失。

表1 供试土壤物理性质

表2 配合比

3 试验结果与分析

试件1d脱模后置于标准养护室养护至龄期，在进行相关试验。龄期为3d、7d、14d、28d。试验结果见表3-表7。

表3 软化系数

图1 固化剂掺量与软化系数的关系

通过表1及图1可以看出，固化剂的掺量对软化系数的影响还是比较大的，软化系数随着固化剂掺量的增大而呈现增大的趋势。而养护时间对软化系数的影响比较不明显，在固化剂的掺量低的情况下，软化系数是随着养护时间的增加而变大，在掺量适中的情况下，养护时间对软化系数基本上没有影响，而在比较高的掺量时，软化系数是呈现抛物线的趋势，在一定时间达到最高点后，随着养护时间的增加软化系数是呈现下降的趋势的。

表4 抗压强度/MPa

图2 固化剂掺量与抗压强度的关系

由表2及图2的试验数据来看，抗压强度还是随着固化剂掺量的增加、养护时间的增长而增大。符合基本的规律。但是固化剂的掺量不是越大，强度就会越高，至于最有的固化剂掺量，还有待于进一步的研究。

由于3d龄期的试块强度太低，故不进行冻融循环。

表5 龄期为7d试块25次冻融循环试验结果

表6 龄期为14d试块25次冻融循环试验结果

结合表5-7来看，固化剂的掺量对冻融循环的影响是：掺量增加，承受冻融的能力越强，养护时间越长，抵抗冻融的能力越强。

4 结论

通过本文的试验研究得出：掺量和养护时间是影响土壤固化剂物理力学性能的两个主要原因。主要结论如下：

（1）总体来说固化剂的掺量越大，软化系数越大；但在大掺量时，软化系数是随着养护时间的增加呈现抛物线发展的。

（2）固化剂的掺量越大，养护时间越长，抗压强度越大。

（3）固化剂的掺量越大，养护时间越长，抵抗冻融的能力越强。

表7 龄期为28d试块25次冻融循环试验结果

[1]Heikki K. Stabilization of clay with inorganic by-products[J]. Journal of Materials in Civil Engineering,2000, 12(4)： 307-309.

[2]Vatsala A, Nova R, Srinivasa Murthy B R.Elastoplastic model for cemented soils[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2001,127(8)： 679-687.

[3]戴文婷，陈瑶，陈星. BS-100型土壤固化剂在季冬区的路用性能试验研究[J]. 岩土力学，2008，29（8）：2257-2261.

[4]张海燕，张传森，李元婷，等. 采用土壤固化剂改善渠道基土性能初探[J]. 水利与建筑工程学报，2003，1（2）：38-40.

[5]邵玉芳，徐日庆，刘增永，等. 一种新型水泥固化土的试验研究[J]. 浙江大学学报（工业报），2006，40（7）：1196-1200.

[6]雷胜友，慧会清. 固化液改良膨胀土性能的试验研究[J]. 沿途工程学报，2004，26（5）：612-615.