基于抗疏力的土壤处理剂对膨胀土的改良试验

郭晓宏　周文文　吕锦雄

(西南科技大学环境与资源学院　四川绵阳　621010)



基于抗疏力的土壤处理剂对膨胀土的改良试验

郭晓宏周文文吕锦雄

(西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010)

摘要：为减小膨胀土遇水膨胀、失水收缩的特性在工程建设中对建筑物的危害，在室内采用基于抗疏力的启培抗疏力处理剂对膨胀土的抗膨胀性进行改良试验，通过自由膨胀率和无荷载线膨胀率两项指标评价改良效果。试验发现依次掺入质量分数2%，4%，8%，12%和20%的处理剂时，膨胀土的自由膨胀率和线膨胀率均呈逐渐降低趋势，但处理剂掺入量超过12%后，对膨胀性的影响则趋于弱化。适量的启培抗疏力处理剂对膨胀土的抗膨胀性有显著的改良效果。

关键词：膨胀土启培抗疏力处理剂抗膨胀性

膨胀土是一种高塑性黏土，主要由蒙脱石、伊利石和高岭石等亲水性矿物成分组成。膨胀土的胀缩特性区别于一般的黏土，主要表现为土体含水量升高会使得土体的体积急剧膨胀、强度急剧降低；土体含水量降低使得土体的体积收缩、发生收缩裂隙[1]。膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。

天然条件下的膨胀土含水率一般处于非饱和状态，具有较好的工程力学性质，容易被定为良好的地基土。而膨胀土的特殊胀缩性会使地基土体的结构随含水率变化发生破坏，进而导致土体的强度下降，使修建在膨胀土地基上的建筑物受到威胁、公路路基发生下陷、边坡发生溜坍等，而且构成的破坏是不易修复的，将会严重危害人民的生命和财产安全[2]。近年来，针对膨胀土造成的工程问题这一世界级难题，国内外岩土工作者运用地质勘察、现场试验、室内试验、大型静力模型、离心模型试验、数值分析等多种研究手段，有效地解决了膨胀土边坡稳定关键问题，在膨胀土的破坏机理、膨胀土的现场快速判别、膨胀土的强度指标及其试验方法、稳定分析方法以及土体改良等方面均取得了突破性的进展[3]。

目前膨胀土改良方法的研究主要有物理方法(掺纤维和风化砂改良等)、化学方法(石灰、水泥、二灰土、固化剂和改性剂改良等)、生物技术改良及利用固体废弃物改良等[4]。现有改良方法大都会受到成本和施工工艺的制约，而基于抗疏力的化学改良方法则凭借着施工便捷、造价低廉的优势，在黄土工程性质改良、黄土型路基强化、路面土体改良等道路建设工程中取得了一定成功[5-8]。启培抗疏力处理剂是一种新型有机土壤处理剂，该处理剂具有环保无毒、成本较低、对土体的抗水化效果优良等特点。一般的土壤固化剂靠黏结形成板块，而启培抗疏力土壤处理剂则通过在土壤内添加“抗疏力土壤稳定剂”改变土体排列组合，提高土体密实度，阻断水进入土体，以此稳定土体，提高土体强度。启培抗疏力处理剂在实际的工程问题中破解了多项世界性难题，该技术在保持原有道路修筑领域优势基础上开创了泥石流、山体滑坡、荒山荒坡、磷石膏环保贮存等环境治理的新模式，在国际上引起了广泛关注[9]。在室内条件下利用启培抗疏力处理剂对膨胀土进行改良试验，成本较低，操作简便，如果改良效果能够达到一定的预期，那么基于抗疏力对膨胀土进行改良则是可行的，这将进一步扩展启培抗疏力土壤处理剂在实际工程问题中的应用，具有重要的现实意义和经济意义。

根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB 50112-2013)[10]，膨胀土级别分类方法见表1。试验根据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)[11]，采用自由膨胀率和无荷载膨胀率两项指标来评价膨胀土的的膨胀性。

表1　膨胀土级别

1试验

1.1材料与仪器

为模拟工程实际中的膨胀土，需对不同膨胀级别的样品进行测试。试验采用膨润土和黏土按不同比例组合配制膨胀土样品，具体配比参数见表2。其中膨润土由四川省三台县大予膨润土矿业有限公司提供，天然含水率为10.15%，蒙脱石含量达到83.77%；黏土采用绵阳市本地常见的粉质黏土；试验用抗疏力处理剂为四川和天下科技有限公司生产的无色透明液体状的启培抗疏力处理剂。

表2　样品配比参数表

自由膨胀率试验仪器主要有10 mL量土杯、无颈漏斗、支架、50 mL量筒和玻璃棒；击实试验采用南京土壤仪器有限公司生产的JDS-1型电动数控击实仪；无荷载膨胀率试验采用土壤仪器有限公司生产的数显膨胀仪。土样烘焙采用北京市永光明医疗仪器有限公司生产的101型电热鼓风干燥箱。

1.2试验方案

试验采用自由膨胀率作为评价膨胀土膨胀性的主要指标，为增加试验可靠性，同时进行无荷载膨胀率试验测出线膨胀率作为评价膨胀性的参考指标[12]。

按表2所示配比参数在室温条件下配制膨润土含量不同的膨胀土。而后分别加入质量分数2%，4%，8%，12%，20%的启培抗疏力处理剂对膨胀土进行处理。

自由膨胀率试验：将处理好的膨胀土过0.5 mm筛，分别取50 g过筛土为一组，放入干燥箱内，在105 ℃下烘至恒量，取出放入真空干燥器内冷却至室温备用。采用10 mL的量土杯装入样品，并称其质量，每一土样平行测定3次，称量差值不得超过0.1 g。将称好的试样放入50 mL的量筒中并加水搅拌，静置待膨胀稳定后读取数据，可计算出各土样的自由膨胀率。

击实试验：将处理过的膨胀土按照四分法准备5个试样(每个样品2 400 g)，分别配制不同水分(按2%含水率递减)的土样，拌匀后用湿抹布闷料12 h备用。取制备好的土样，分3次倒入桶内(每次800 g)并整平，每层用JDS-1型电动数控击实仪重锤击打97下。击实完成后可计算得到土样最优含水率和最大干密度，为后续的无荷载膨胀率试验提供数据。

无荷载膨胀率试验：按照已测得的样品最佳含水率和最大干密度配制各组试验样品，并添加不同比例的启培抗疏力处理剂，样品制成标准环刀大小的试件(直径61.8 mm，高度20 mm左右)，采用数显膨胀仪进行无荷载膨胀率试验，测得各样品的线膨胀率。

2试验结果与分析

2.1试验结果

通过对6组膨胀土样品进行自由膨胀率试验和无荷载膨胀率试验，试验结果如表3、表4、图1和图2所示。

表3　掺入不同比例启培抗疏力处理剂后的自由膨胀率

表4　掺入不同比例启培抗疏力处理剂后的线膨胀率

图1　启培抗疏力处理剂的

图2　启培抗疏力处理剂的

2.2试验结果分析

由表3和图1可知，在不加入处理剂的情况下，样品1，2，3，4，5，6的自由膨胀率随着膨润土含量的降低而减小，这说明膨胀土自由膨胀率的大小与蒙脱石含量呈正相关。

启培抗疏力处理剂抑制膨胀土的自由膨胀率效果明显，随着处理剂用量的增加，样品的自由膨胀率呈降低趋势。如3号样品原始自由膨胀率为107%，分别加入质量分数2%，4%，8%，12%和20%的处理剂后，其自由膨胀率依次降为82%，67.5%，49.5%，37%和35.5%。当处理剂用量超过12%后，对膨胀土自由膨胀率的影响则不明显。说明启培抗疏力处理剂对膨胀土的处理效果受到一定的限制。

工程上将自由膨胀率≥40%的土判定为潜势的膨胀土[13]，由表3和图1可知，加入2%启培抗疏力处理剂可有效改良弱潜势膨胀土(5号样品)；加入4%启培抗疏力处理剂可有效改良中等潜势膨胀土(4号样品)；加入12%启培抗疏力处理剂可有效改良部分强潜势膨胀土(3号样品)。说明掺入适量的处理剂时，可使部分高、中、低膨胀性的膨胀土达到无膨胀性的效果。

由表4和图2可知，在不加入处理剂的情况下，样品1，2，3，4，5，6的线膨胀率依次降低。说明膨润土含量与线膨胀率呈正相关，这与自由膨胀率试验结果吻合。

随着处理剂用量的增加，样品的线膨胀率逐渐降低。如3号样品，在不加入处理剂时线膨胀率为76.71%；分别加入2%，4%，8%，12%和20%的处理剂后，线膨胀率依次降低到44.26%，30.11%，26.55%，23.99%和22.51%，与自由膨胀率试验的现象是一致的。同样，随着掺入量超过12%，处理剂对膨胀土线膨胀率的影响也受到限制而趋于弱化。

3结论

(1)研究发现，随着膨胀土中膨润土(蒙脱石含量83.77%)含量的增加，膨胀土的自由膨胀率、线膨胀率随之增大。(2)启培抗疏力处理剂对膨胀土的膨胀性具有显著的抑制作用。依次加入质量分数2%，4%，8%，12%和20%的启培抗疏力处理剂时，膨胀土样品的自由膨胀率和线膨胀率都会呈现出递

减趋势，但当用量超过12%后，处理剂对膨胀性的抑制效果有局限性，所以可初步确定启培抗疏力处理剂的掺量在12%左右时对膨胀土的改良效果最佳。(3)掺入2%启培抗疏力处理剂可使弱膨胀土(自由膨胀率≤58.5%)的自由膨胀率降至27%以下；掺入4%启培抗疏力处理剂可使中等膨胀土(自由膨胀率≤78.5%)的自由膨胀率降至34.5%以下；12%启培抗疏力处理剂可使强膨胀土(自由膨胀率≤107%)的自由膨胀率降至37%以下。(4)根据试验可初步判定，启培抗疏力处理剂对膨胀土的抗膨胀性具有较好的改良效果。

参考文献

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A Modified Test of Expansive Soil Based on CONSOLID Soil Treatment Agent

GUO Xiao-hong， ZHOU Wen-wen， LV Jin-xiong

(SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010，Sichuan,China)

Abstract:To reduce the hazards to buildings in engineering construction about expansive soil characteristics, water swelling and dehydration contraction, in laboratory the modified tests was uesd to the anti-swellable of expansive soil by Qi Pei CONSOLID treatment agent which is based on CONSOLID, and evaluates improvement effect by two indexes, free expansion coefficient and non-load linear expansion coefficient. It was found that the sequential incorporation of 2%, 4%, 8%, 12% and 20% of the treatment agent, free expansion coefficient and linear expansion coefficient of expansive soils show a decreasing trend, when the treatment agent is incorporated amount exceeds 12%, the impact on the expansion of it tended to weaken. Tests show the right amount of Qi Pei CONSOLID treatment agent can improve the anti-swelling of expansive manifestly.

Key words:Expansive soil；Qi Pei CONSOLID treatment agent；Improvement；Anti-expansion

中图分类号：TU443

文献标志码：A

文章编号：1671-8755(2016)01-0040-04

作者简介:郭晓宏，男，硕士研究生，研究方向为岩土工程。E-mail：nkagxh@163.com

收稿日期：2015-06-15