CHF固化剂在软土地基加固中的试验研究
2016-11-14王广政马青娜刘亚文
王广政 马青娜 刘亚文
(解放军理工大学,江苏 南京 210007)
CHF固化剂在软土地基加固中的试验研究
王广政 马青娜 刘亚文
(解放军理工大学,江苏 南京 210007)
在分析CHF土壤固化剂固化特性和机理的基础上,对南京地区道路粘性土壤进行了固化试验,并研究了土壤稳定土的路用性能,探讨了CHF固化剂对土壤的改良效果,试验结果表明,CHF固化剂可以有效减少石灰用量,提高CHF固化土的力学强度。
CHF土壤固化剂,地基,击实试验,无侧限抗压强度
利用土壤固化剂进行软土处理和地基加固,具有技术指标优良、施工方便、经济环保等优点,已逐渐成为工程建设中的常用手段。如何快速达到最佳固化效果,满足强度要求,是当前新型固化材料在道路软土固化中的重要研究内容。本文通过选取南京地区典型土质进行室内力学试验,研究CHF土壤固化剂加固土应用工程建设的强度固化效果。
1 概述
CHF土壤固化剂是一种由强氧化剂、离子型高分子活化剂、分散剂和固化催化剂等有机组合形成的复合制剂[1]。作为一种环保型高效土工建筑材料,它与土粒接触时能打开土粒与水分子之间化学键来激发土粒自身的活力,使惰性土壤颗粒变成活性较强的土壤颗粒。可以从根本上改变土壤颗粒的结构,彻底改变土壤膨胀、吸水的本性,增强水稳性,达到防水、防渗、防漏的效果。与水泥、石灰等传统固化材料共同使用时,能够弥补传统固化剂的各种缺陷和不足,充分解决道路脆化、开裂等难题,提高复合固化土的最终强度[2]。
CHF土壤固化剂加固软基的机理是:CHF土壤固化剂突破了以往固化剂成分单一的缺陷,与土壤作用后通过机械碾压使复合固化土达到密实度,致使土粒毛细管中的水压无法存在,内压降低,最终形成整体板块结构。原来的土壤毛细管中的结合水逐步被长链大分子所置换,结合水变成自由水。其中所形成的部分凝聚物及晶体与分散的活性物质填充了土壤的毛细孔。使活化剂不断促进交换作用的进行,土壤表面和大分子颗粒接触点形成不可逆的凝结,整个长链变成了不溶于水的大分子。同时表面活化剂被滞于土壤表面及毛细管中,而它的强电荷及氢键与土粒表面发生吸附作用,使排列极性基团朝向土粒疏水基向外,随着时间的延长更加牢固,形成稳定性极强的半刚性整体板块。由此大幅度降低土壤的亲水性,提高水稳性。改变土壤的使用性能,达到符合固化土壤的最终目的[3]。
2 试验设计
2.1 试验目的
通过固化土的击实试验、无侧限抗压强度试验等室内试验,研究土壤固化剂稳定土的路用性能,探讨CHF固化剂在添加不同剂量石灰和养护期的情况下对土壤的改良效果。
2.2 试验材料
1)CHF土壤固化剂。本试验所用的固化剂为广西柳州东风恒基化工科技有限公司自主研发的环保高效固化剂(CHF),常温下为黑褐色液体,无沉淀物,不易燃;其经济用量约为0.02%。由于固化剂掺入量很小,为了精确控制掺入量,使固化剂与干土混合均匀,采用将固化剂稀释后再往土中掺入的方法。使用时需要将固化剂浓缩液稀释,本试验采用的固化剂稀释液浓度为1∶150。
2)试验用土。本试验用土取自南京城区当地具有代表性的粘性土。依据试验规程[4],经初步试验,确定其液限为39.6%,塑限为23.5%,塑性指数为16.2,含水率27%。
3)石灰。石灰选用南京本地生产的道用石灰,得出石灰的基本掺量为:密度0.51 g/cm3,CO2含量8%,钙镁含量83%。
2.3 试验方案
先进行土样及其配比试验,确定土样的基本掺量和原材料的最佳配比。其次进行性能试验:针对添加剂含量和养护期的影响因素,对试件进行无侧限抗压试验;通过试验数据分析,确定CHF土壤固化剂对土壤改良效果的总体规律。
根据CHF土壤固化剂的成本与土体的改性效果随CHF配比的变化,综合选定CHF土壤固化剂的最优配合比为0.02%,加固土中石灰的配比分别为4%,6%和8%,通过石灰掺入量的不同来测试不同CHF加固土的性能。混合料的不同配合比例如表1所示。
表1 混合料的不同配合比 %
根据试验规范[5],通过改变试件养护期,以探究CHF土壤固化剂在养护期改变的条件下,对土壤又存在着怎样的改良效果。龄期分别为3 d,5 d,7 d;采用对比试验方式,不同配比设计成4组。每一组按不同龄期均做3批,每一批6个试件,按不同时刻每个试件依次进行无侧限抗压强度试验,在误差允许范围内取每一组的平均值作为试验结果。
3 击实试验
通过击实试验确定土样的最佳含水率和最大干密度。参照规范[4]对土样进行轻型击实试验。试验前首先进行焖料,按预定含水量制备试样。在室温下静放12 h后进行击实。得出各种土样的最佳含水率和最大干密度如表2所示。
表2 击实试验结果
结果表明,素土的最佳含水率和最大干密度分别为16%和1.82 g/cm3;在加入CHF土壤固化剂后,随着石灰含量的逐渐增加,最佳含水率和最大干密度逐渐降低。
4 无侧限抗压强度试验
无侧限抗压强度是试件在不受任何约束限制的条件下所能承受的最大轴向应力,能够准确地反映试件的强度特性。根据试验规范,采用静力压实方法制备试件,每个试件制备6个平行件。试件制备好后进行标准养生(温度20 ℃,湿度98%),养生3 d,5 d和7 d,最后一天,将试件浸泡在常温水中,水的深度应使水面在试件顶上约2.5 cm。养生结束后,进行试验,试验结果如表3,图1所示。
由上述试验数据分析可知:1)素土遇水崩裂,这说明素土由于吸水过多,体积膨胀过多而导致遇水崩裂,水稳定性差;而添加固化材料的土壤遇水后仍能保持原来的形状,水稳定性较好;2)掺
加了固化剂和石灰的固化土抗压强度明显高于素土,且随着龄期的延长而增加,接近正比关系,这说明石灰和固化剂的混合料对土壤起到了很好的加固作用;3)掺加了固化剂的试样,当石灰用量为4%时,其抗压强度就已达到了1.436 MPa;随着石灰用量的增加,固化效果在逐步提升,但含量在4%~6%之间的增长幅度高于含量在6%~8%的,说明在一定范围内,增加石灰的含量,对土壤的改良效果会显著提高,但是不能盲目增加石灰用量,否则不仅使得固化效果没有太大改善,同时也会增加固化材料的成本。
表3 无侧限抗压强度试验结果
5 结语
采用CHF土壤固化剂对南京城区粘性土壤进行了室内固化试验,得出了如下结论:1)CHF加固后的土壤,抗压强度形成快,强度高,并且土壤固化性能与龄期呈一定正比关系;2)CHF土壤固化剂对试验用土效果较好,在石灰掺量较少的情况下即可满足软土地基加固的承载力要求;3)掺加一定量的石灰可明显提高试件的力学强度。但随着石灰用量的增加,性能改变趋于平缓。因此,工程实践中,通过改变石灰用量,以进一步提高其路用性能;同时还应考虑地基实际承载性和经济性要求,适当调控石灰用量,使其达到最佳效能比;可见,CHF土壤固化剂固化土壤时,固化效果显著,用量少,环保节能,可降低工程造价,为工程建设中的软基加固开辟了可靠途径[4]。
[1] 石 娜.CHF土壤固化剂在道路工程中的应用技术研究[J].山东交通科技,2015(2):67-68.
[2] 柳州东风恒基化工科技材料有限公司.新型CHF高分子复合离子土壤固化剂[Z].2015.
[3] DBJ/T 45—001—2015,复合固化土路面基层和底基层设计施工技术标准[S].
[4] JTG E40—2007,公路土工试验规程[S].
[5] JTG E51—2009,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].
The test research on CHF curing agent in soft soil foundation reinforcement
Wang Guangzheng Ma Qingna Liu Yawen
(PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)
Based on analyzing the characteristics and mechanism of CHF soil curing agent, this paper made the curing test to road cohesive soil in Nanjing area, and researched the road performance of soil stabilized soil, discussed the improvement effect of CHF curing agent to soil, the test results showed that the CHF curing agent could effectively reduce the amount of lime, improved the mechanical strength CHF curing soil.
CHF soil stabilizer, foundation, compaction test, unconfined compression strength
1009-6825(2016)27-0072-02
2016-07-15
王广政(1972- ),男,硕士,讲师
TU472
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