CHF固化剂对水泥土性能影响的试验分析

曾 宏，熊 湾

（广西水利科学研究院，广西 南宁 530023）

CHF固化剂对水泥土性能影响的试验分析

曾 宏，熊 湾

（广西水利科学研究院，广西 南宁 530023）

采用CHF高分子复合离子土壤固化剂，进行了一系列的固化土对比试验，分析了水泥掺量、固化剂掺量、成型压力对固化土无侧限抗压强度及抗渗性能的影响。结果：固化剂掺量0.02%，水泥掺量为8%的固化土能满足渠道工程的要求，且较为经济。

CHF固化剂；固化土；无侧限抗压强度

1 概述

国外对土体固化技术的研究和应用，从20世纪初就开始了，经过多年的研究，开发了一系列土体固化剂，并在各类工程中得到了广泛的应用[1-2]。国内对固化剂的研究相对较晚，从20世纪80年代开始引进国外的先进技术，并在道路工程中得到了广泛的应用[3-6]。近年来，随着国内科研人员对土体固化技术研究的不断深入，针对国内不同区域的土壤特征，成功研制了各种类型的土体固化剂，并在渠道工程、道路工程中得到了广泛应用，取得了较好的效果。

CHF高分子复合离子土壤固化剂由柳州东风化工股份有限公司研制，其主要成分包含有：强氧化剂、离子型高分子活化剂、分散剂、固化催化剂等。CHF固化剂与土壤、水泥、石灰等作用后，通过机械碾压使复合固化土密实，大幅度降低土壤的亲水性，提高水稳定性，达到加固土体的目的。本文进行了不同掺量的固化土对比试验，分析水泥掺量、固化剂掺量、成型压力对固化效果的影响，为固化土在渠道工程中的应用提供最优的配比。

2 固化土试验材料及方法

2.1 试验材料

试验用土取自广西桂平市金田灌区南干渠道附近山坡上，为棕黄色粘土，土样基本物理指标见表1。试验所用的CHF高分子复合离子土壤固化剂由柳州东风化工股份有限公司研制，在常温下为黑褐色液体，密度为1.7 g/cm3。水泥采用华润贵港水泥厂生产的42.5R普通硅酸盐水泥。

表1 土样的基本物理指标

2.2 试件成型

试验按照静力压实法制备试件，每个试件都是高度：直径=1∶1的圆柱体，固化土压实度取95%。试验用的试模的直径和高度均为60 mm，每组样品成型6个试件。

试验前，按照计算的配合比，称量各掺入料的质量，并将固化剂按照1∶150（质量比）与水稀释，将固化土拌匀，同时喷洒固化剂溶液，并测定每组配合比的最佳含水率和最大干密度。根据最佳含水率、最大干密度、试模的体积计算每个试件的固化土质量。将称量的混合料分3次装入试模中，每次装入后用试棒轻轻插实。将整个试模及压力柱放在压力机的千斤顶上，加压至预定压力值，直到上、下压柱都压到试模为止，静压2 min，然后脱模，取出试件，并用塑料薄膜包好进行标准养护。

3 试验结果及分析

3.1 CHF固化剂对土体无侧限抗压强度的影响

CHF固化剂为高浓缩液体，掺入量较小，与土颗粒发生化学作用后，改变了土颗粒的结构，降低了土壤的亲水性，使土颗粒毛细管中的水压无法存在，有效提高土体的密实程度。

为分析单独掺入固化剂后，土体的无侧限抗压强度变化，进行了不同固化剂掺量的土体抗压强度试验。试件成型养护28 d后，按照浸水、不浸水两种情况进行无侧限抗压强度试验。对于浸水情况，需将试样放在水中浸泡7 d，然后再进行试验。

表2 不同固化剂掺量土体试件抗压强度试验结果表

试验结果表2表明：在不掺入水泥，仅掺入CHF固化剂的情况下，各试件的固化土28 d无侧限抗压强度均较小，均小于2 MPa，不满足渠道工程中水泥土抗压强度允许最小值。浸水7 d后，未掺入固化剂的试件，有的出现了崩解现象。掺入固化剂的试件未出现崩解，且随着固化剂掺量的增加，试件强度损失比例逐渐减小。

3.2 水泥对土体无侧限抗压强度的影响

为分析掺入水泥后，土体的无侧限抗压强度变化，进行了不同水泥掺量的水泥土28 d无侧限抗压强度试验，试验过程同3.1。

表3 不同水泥掺量土体试件抗压强度试验结果表

试验结果表3表明：在不掺入CHF固化剂，仅掺入水泥的情况下，随着水泥掺量的增加，固化土无侧限抗压强度提高。当水泥掺量达到8%时，水泥土的无侧限抗压强度大于2 MPa。浸水7 d后，水泥土试件的无侧限抗压强度均大幅降低，强度损失比为40%～48%。

对比表2、3可知：掺入水泥能有效提高土体的无侧限抗压强度，但其浸水后的强度损失比值较掺入固化剂的土体要大，掺入固化剂能有效提高土体的水稳定性。

3.3 CHF固化剂和水泥对固化土性能的影响

3.3.1 固化剂掺量对水泥土抗压强度和抗渗性能的影响

对水泥掺量为5%，进行了不同固化剂掺量的固化土28 d无侧限抗压强度试验和渗透试验。试验过程同3.1。

表4 不同固化剂掺量固化土试件抗压强度试验结果表

试验结果表4表明：掺入固化剂后，固化土的无侧限抗压强度有了明显提高，固化剂掺量为0.02%时，水泥土的抗压强度达到了2.24 MPa。随着固化剂掺量的增加，固化土颗粒粘结更紧密，水稳定性能提高。浸水后的强度损失比值逐渐减小，比单独掺入水泥或固化剂强度损失比值有了明显的减小。同时，考虑到固化剂的成本，0.02%的掺量较为经济。

固化土的渗透试验按照《土工试验规程》SL237—1999进行，试验结果表4表明：掺入固化剂后，水泥土的渗透系数大幅减小，能达到10-7cm/s数量级，能满足多数渠道工程中对固化土渗透系数的要求。

3.3.2 水泥掺量对固化土无侧限抗压强度的影响

已有的很多研究资料表明：水泥掺量是影响固化土强度的主要因素。水泥和土体中的水分发生各种水化反应，生成的各种水化物，直接影响水泥土的强度。对固化剂掺量为0.02%，进行了不同水泥掺量的固化土28 d无侧限抗压强度试验。试验结果表5表明：水泥掺量越大，水泥水化作用生成的水化物越多，固化土试样抗压强度也越大。当水泥掺量达到5%时，固化土的无侧限抗压强度有明显的提高，大于2 MPa。但随着水泥掺量的增加，固化土的成本增加，经济性降低。对于渠道固化土来说，水泥掺量为5%～8%能满足大多数工程的要求。

对比表4、5可知：掺入CHF固化剂和水泥后，固化土的无侧限抗压强度有了明显的提高，浸水后抗压强度仅小幅降低，强度损失比在12%～28%，水稳定性能有了明显提升。

表5 不同水泥掺量固化土试件抗压强度试验结果表

3.3.3 成型压力对固化土无侧限抗压强度的影响

对水泥掺量为5%，固化剂掺量为0.02%，进行了不同成型压力的固化土28 d无侧限抗压强度试验，各试验均是标准养护。

表6 不同成型压力固化土试件抗压强度试验结果表

试验结果表6表明：试件的成型压力越大，固化土碾压得越紧密，土颗粒粘结更牢固，固化土抗压强度越高，当试件的密度达到最大干密度后，即使试件成型压力增大，固化土的强度增加也不明显。

3.4 经济性比较

为对比分析固化土和水泥土的经济性，对相同试验渠道底板（计算长度200 m，宽度5 m），在相同施工条件下，采用两种不同配合比的固化土工程施工造价进行比较分析。

工程应用造价对比结果表7表明：在保证固化土强度和抗渗性能满足工程要求的条件下，掺入固化剂的固化土较仅掺入水泥的方案能减少水泥的用量，有效提高固化土的水稳定性，每立方米压实土材料费节省15元，工程造价降低约13%。

表7 不同配比固化土造价比较

4 工程应用

为验证室内固化土配合比的有效性，将固化土试验成果应用于桂平金田灌区渠道底板中。固化土水泥掺量8%，固化剂掺量0.02%。固化土施工时，先清除渠道底板松土，将固化土拌合均匀，并喷洒固化剂稀释溶液，然后用钩机摊铺平整，最终碾压成型，并覆盖塑料薄膜养护7 d。渠道底板固化施工完后，在渠底取样进行28 d抗压强度和抗渗试验，试件28 d抗压强度为2.1 MPa，渗透系数为5.6×10-7cm/s，满足渠道防渗工程技术规范（SL18-2004）的要求。

5 结论

通过对CHF土壤固化剂加固土的试验研究，得出以下结论：

（1）CHF高分子复合离子固化剂的加入能明显提高固化土的无侧限抗压强度，降低渗透系数，提高固化土的水稳定性。在满足同等抗压强度要求下，可以节约水泥用量，降低工程造价；

（2）固化土的无侧限抗压强度受固化剂掺量、成型压力、水泥掺量、养护方式等多种因素的影响。水泥掺量是影响固化土强度的主要因素，但是水泥掺量的增加，固化成本增加。因此，如何降低成本造价，仍是下一步需要重点研究的技术难题；

（3）掺入水泥和固化剂后，固化土的防渗性能提高，能满足多数工程的防渗要求，固化土的耐久性和水稳定性限制了其工程的应用范围，需要在工程实践中不断改进和提高，以扩大其应用范围。

[1] 贺行洋，陈益民，张文生.土的组成、结构与固化技术[J].岩土工程技术，2003（3）：129-133.

[2] 李翠华，张 路，詹长久.固化剂对土的性能影响的实验研究[J].武汉大学学报（工学版），2003，36（4）：92-94.

[3] 赵卫全，符 平，杨晓东，等.新型土壤固化剂无侧限抗压强度试验研究[J].水利水电技术，2004，35（2）：86-88.

[4] 杜应吉，朱建宏.土壤固化剂对不同土质固化性能影响的试验研究[J].干旱地区农业研究，2004，22（4）：229-231.

[5] 杜向琴，娄宗科.HEC固化土施工技术参数对其抗压强度的影响[J].西北农林科技大学学报，2007，35（9）：226-228.

[6] 程满金，步丰湖，王俊英，等.土壤固化剂新材料在衬砌渠道中的应用研究[J].节水灌溉，2010（4）：33-36.

（责任编辑：周 群）

Test and analysis of effects of CHF curing agent on cement soil property

ZENG Hong,XIONG Wan
(Guangxi Hydraulic Research Institute,Nanning 530023,China)

CHF polymer composite ionic soil curing agent was adopted to conduct solidified soil contrast test.The effects of cement percentage,curing agent percentage and molding pressure on unconfined compressive strength and anti-seepage performance of solidified soil were analyzed.Solidified soil mixed with curing agent of 0.02%and cement of 8%meets requirements of channel engineering at rather economical cost.

CHF curing agent;solidified soil;unconfined compressive strength

TU411 [

]B [

]1003-1510（2016）06-0026-03

2016-06-12

2016-09-18

广西水利科技项目（201520）

曾 宏（1983-），男，湖南永州人，广西水利科学研究院工程师，硕士，主要从事岩土工程质量检测及设计工作。