固化土抗劈裂性能研究

刘平伟

【摘要】为了研究固化的劈拉强度，本次试验以水泥掺量、固化剂掺量为参数，分析其对劈裂强度的影响，结果表明：随着胶凝材料及固化剂的增加，其劈裂强度逐渐增加，当胶凝材料为150kg，固化剂掺量为1.5kg时，其28d抗劈裂强度可达1MPa以上。

【关键字】固化土；劈裂强度；固化剂；胶凝材料

抗拉强度是路面基层材料的一个重要的基础性能指标。在路面结构设计中，材料的抗拉强度同抗压强度一样，是材料结构安全设计与稳定性分析的一个重要控制参数。但是由于直接的抗拉强度对试验仪器和试件的要求都比较高，用于拉伸试件的夹具会破坏试件的端部，半刚性基层材料的试件也很难满足要求，所以考虑用间接抗拉强度试验，即劈裂强度。劈裂强度的大小会直接影响路面基层的收缩变形大小。具有较高的劈裂强度的基层材料，其裂缝少，抗渗性和防水性强。相反，如果基层材料达不到规范所要求的劈裂强度，其裂缝多，导致在路面面层产生反射裂缝，影响整个的道路的使用寿命。

通过无侧限抗压强度确定了中砂：碎石：土的比例为10：20：70的较好，将此保持不变，研究胶凝材料、固化剂的变化对劈裂强度的影响。

1 固化土的劈裂强度试验

1.1 试验方法

本项目在测定 TG-Ⅱ土质固化剂加固土的间接抗拉强度时，是根据我国的《公路工程无机结合料稳定材料的试验规程》（JTJ057-2009）中无机结合料三合土的间接抗拉强度试验方法进行。劈裂强度试件的制备和无侧限抗压强度试件的制备相同。试件都是直径×高=100mm×100mm 的圆柱体，试件通过压条沿直径方向按照一定的速率加载，直到试件破坏。为了探讨 TG-Ⅱ土质固化剂对固化土材料的影响，通过试验测试其在不同的龄期的数值。试件在最佳含水率和最大干密度的基础上，按照 95%的压实度制备试件，龄期的最后一天浸水 24h。

3.1.3试验原材料

2原材料

2.1.1固化组分

固化组分为课题组自制，它是一种无机类道路固化剂，主要是利用硫铝酸盐类无机类胶结料、增强组分和早强激发组分等复配而成。

2.1.2 试验用土

表1 土的物理力学性质

土质 密度

/g·㎝-3 液限

/% 塑性

指数 天然含

水率

/% 最佳含

水率

/% 最大干

密度

/g·-3 自由膨

胀率

/%

粉砂土 2. 62 24.1 4.9 9.2 12.8 1.87 29

膨胀土 2.73 56.9 29.3 52 16.5 1.80 59

2.1.3水泥

为亚泰水泥，42.5等级的硅酸盐水泥。

表2 水泥的性质

强度等级 比表面积

/m2/kg 凝结时间

/min 抗压强度

/MPa 抗折强度

/MPa

初凝 终凝 3天 28天 3天 28天

42.5 ≥ 300 ≥45 ≤390 ≥17 ≥42.5 ≥3.5 ≥6.5

2.1.4粉煤灰

考虑粉煤灰价格较低，且可以改善水泥砂浆的施工和易性，可替换部分水泥。本试验选取铁岭热电厂生产的I级粉煤灰，其性能指标如下：

表3 粉煤灰的化学成分/%

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O

48.65 26.33 8.60 3.29 0.62 0.31 1.64 0.33

表4 粉煤灰物理性能

各项性能指标

细度（με） 需水量（%） 烧失量（%） 含碱量（%） 含水量（%）

4% 91 2.38 1.32 <1.0

2.1.5 砂

中砂，细度模数为2.3。

2.1.6碎石

0.5-1cm石灰岩碎石。

2.1.7早强剂

考虑成本及施工便利性，依据粉煤灰激发剂和水泥早强剂的研究基础，引入硫酸钠来提高三合土的早期性能。

表5无水硫酸钠性能指标

规格 W（水不溶物）/% 纯度/% W（氯化物）/% W（水分）/% 密度/（g/cm3）

工业级 0.02 99.12 0.23 0.04 89

3 试验结果

表6 劈裂试验结果

序号 水泥

/kg 粉煤灰

/kg 固化组分

/kg 7d劈拉强度

/MPa 7d劈拉强度平均值/MPa 28d抗压强度

/MPa 28d劈拉强度平均值/MPa

1 105 45 1.0 0.965 0.971 1.177 1.197

2 105 45 1.5 0.969 1.202

3 105 45 2.0 0.984 1.212

4 70 30 1.0 0.620 0.641 0.756 0.790

5 70 30 1.5 0.732 0.908

6 70 30 2.0 0.572 0.705

7 140 60 1.0 1.136 1.118 1.386 1.459

8 140 60 1.5 1.208 1.498

9 140 60 2.0 1.212 1.493

从表6的7d劈拉强度可以看出，当每立方三合土中胶凝材料为100kg、固化剂掺量为1kg时，其劈强度较低，而固化剂为2kg时，可能是因为离散数据的原因，其强度还有所下降，总体来看，其固化剂掺量的变化对劈裂强度影响不大，且强度均较低；而当胶凝材料为150～200kg时，随着固化剂掺量的固化剂掺量变化，其强度逐渐增长，当胶凝材料为150kg时，强度平均值增长了52%；当胶凝材料从150kg增长到200kg时，其劈裂强度平均值增长了15.1%；为此，确定最优配合比中，胶凝材料的掺量为150-200kg。从综合性能角度、经济角度，确定其最佳掺量为150kg；固化剂的掺量为1kg时，其强度表现较好，从经济角度出发，确定其最佳掺量为1kg。

4 结论

（1）在固化土技术中，粉煤灰与水泥复配，通过激发剂调节，可保证28d无侧限抗压强度合格，同时降低了造价；

（2）从经济角度出发，固化剂掺量为1kg，水泥掺量为1.5kg时，效果较好。

参考文献：

[1] 沈卫国，余秀峰，周明凱.水泥粉煤灰路面基层材料的试验研究[J].西部交通科技.2006，06，16-19.

[2] 赵梓伶.RENOLITH 添加剂在半刚性路面基层中的应用研究 [D].上海：上海海事大学，2006，05：19-23.

[3] 李国栋，程培峰，于小坤.派酶固化剂加固土路用性能试验研究[J].中外公路，2009，29（6）：267-270.