固化剂改良粉砂土材料的力学性能试验研究

张小亮

固化剂改良粉砂土材料的力学性能试验研究

张小亮

（周口市公路勘察设计院，河南 周口 466000）

针对干线公路基层材料的路用性能要求，通过室内试验，研究了固化剂改良粉砂土作为路面基层材料的力学特性。试验结果表明：粉砂土经过固化剂和水泥综合改良处治后，材料的无侧限抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量随着龄期的增加而增长，能够满足作为干线公路基层材料的相关技术要求。由于固化剂处治粉砂土的无侧限抗压强度随着延迟时间的增加而逐步降低，在现场碾压施工过程中，如果将延迟时间控制在8h以内，可以保证现场施工质量。

粉砂土；固化剂；基层；无侧限抗压强度；劈裂强度；抗压回弹模量

1 研究背景

河南省地处黄河、海河两大流域，多数地区具有典型的粉砂土地质。在周口地区，由于粉砂土分布广泛，砂石料严重缺乏，在道路工程施工过程中作为基层和底基层的砂石材料基本全部需要外部调运，使道路工程造价显著提升。特别是目前随着国家环境保护及公路治理政策执行力度的加大，砂石材料的价格显著增长，给当地公路修建带来了较大压力。根据当地的实际情况，寻求合适的路面基层材料成为当地道路工程领域亟需解决的关键问题。

由于粉砂土的颗粒比较均匀，黏性较差，其强度较低，且不易压实，很难直接作为干线公路的基层和底基层材料进行施工［1］。现有研究结果表明，土壤固化剂能减小土壤颗粒之间的排斥力，对土壤具有较好的改良作用，已在部分公路工程中得到成功应用，且取得了较好的施工效果，并在节约资源和保护环境方面具有一定的优势［2-5］。本文根据周口地区公路修筑的实际需要，采用水泥和固化剂对粉砂土进行稳定处理，探讨其强度性能及其主要影响因素，并分析其作为干线公路底基层和基层材料的适用性和可行性，从而为合理开发利用当地粉砂土资源提供一定的技术依据。

2 力学性能试验研究

2.1 试验方案

为了研究水泥固化剂稳定粉砂土的力学特性，设计了两种配合比，即水泥∶固化剂∶粉砂土的比例分别为5∶6∶89和6∶6∶88。土壤固化剂选用“路丰牌”，掺配的水泥选用强度等级为32.5MPa的“同力牌”复合硅酸盐水泥。按规范JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的要求，分别进行了不同龄期的无侧限抗压强度和劈裂强度试验，以及养护龄期分别为28d和90d抗压回弹模量试验、7d无侧限抗压强度延迟试验。

2.2 无侧限抗压强度试验结果及分析

无侧限抗压强度是固化剂处治粉砂土作为道路底基层和基层材料的重要设计指标。对于设计的两种配合比，通过大量的室内试验，给出了该类材料的无侧限抗压强度随龄期的变化情况，试验结果如图1所示。

图1 不同配合比材料的无侧限抗压强度与龄期变化的关系

由图1可知，两种配合比的固化剂处治粉砂土在28d龄期的无侧限抗压强度都能达到5MPa以上。另外，该类材料的早期增长较快，其28d的强度可达180d强度的80%左右，具有明显的早强特性。当龄期大于28d时，固化剂处治粉砂土的无侧限抗压强度仍有一定的增长，但增长趋势放缓，强度值逐渐趋于稳定状态，都能够达到6MPa以上，符合一般干线公路的底基层和基层材料的强度要求。

2.3 劈裂强度试验结果及分析

道路基层材料的劈裂强度对其路用性能影响较大，是重要的设计指标之一。对于设计的两种配合比，通过大量的室内试验，给出了该类材料的劈裂强度随龄期的变化情况，试验结果如图2所示。

由图2可知，两种配合比的水泥固化剂稳定粉砂土在28d龄期的劈裂强度都能够达到0.8MPa以上。另外，该类材料的劈裂强度初期增速较快，当龄期大于60d，其劈裂强度增速逐渐放缓。另外，两种配合比的固化剂处治粉砂土7d劈裂强度仅为180d劈裂强度的25%左右，当龄期为60d时，其劈裂强度可达180d劈裂强度的80%以上。因此，在现场施工过程中，应充分考虑固化剂处治粉砂土的劈裂强度在施工后期的增长潜力。

图2 基层不同配合比材料的劈裂强度与龄期变化的关系

2.4 抗压回弹模量试验结果及分析

道路基层材料需要具有良好的刚度性能才能避免在车辆荷载作用下路面产生过大变形而造成的破坏。根据上述试验结果，优选无侧限抗压强度和劈裂强度较大的6∶6∶88配合比材料进行了28d与90d的抗压回弹模量的试验研究，试验结果如表1所示。本研究的设计参数为1 500MPa。

表1 抗压回弹模量

由表1可知，固化剂处治粉砂土的抗压回弹模量随龄期的增加具有一定的增长。当龄期为90d时，作为干线公路的基层材料，固化剂处治粉砂土的抗压回弹模量满足规范设计要求（1 300～1 700MPa），能作为道路基层材料进行施工。

2.5 7d无侧限抗压强度延迟试验结果及分析

在现场施工过程中，由于受多种因素的影响，道路基层的碾压施工往往不能按时进行，从而对基层材料的路用性能产生一定影响。为此，通过室内试验，研究了不同延迟时间对优选配合比6∶6∶88的固化剂处治粉砂土7d无侧限抗压强度的影响，试验结果如表2所示。

表2 7d无侧限抗压强度延迟试验结果

由表2可知，随着延迟时间的增加，固化剂处治粉砂土的7d无侧限抗压强度逐渐降低。当延迟时间为8h时，其7d无侧限抗压强度为3.76MPa，较无延迟条件下降低了0.58MPa，仍能满足基层材料设计指标的要求。为了保证施工质量，现场施工的延迟时间应控制在8h以内。

3 结论

本文针对干线公路底基层和基层材料的力学性能要求，通过大量的室内试验，研究了两种配合比的固化剂处治粉砂土的无侧限抗压强度和劈裂强度随龄期的变化规律，并对优选的配合比进行了抗压回弹模量和7天无侧限抗压强度延迟试验。主要结论如下。

①固化剂处治粉砂土材料具有良好的早强性。两种配合比材料的无侧限抗压强度和劈裂强度随着龄期的增加而增大，且28d龄期材料无侧限抗压强度强度可达180d龄期强度的80%左右，60d龄期材料劈裂强度可达180d龄期劈裂强度的80%以上，能满足干线公路底基层和基层材料的设计要求。

②对于配合比为水泥∶固化剂∶砂土=6∶6∶88的固化剂处治粉砂土材料，当龄期为90d时，其抗压回弹模量能够满足干线公路底基层和基层材料的设计要求。

③随着延迟时间的增加，固化剂处治粉砂土的无侧限抗压强度有一定程度的降低。如果将延迟时间控制在8h以内，其强度指标仍能满足设计参数的要求。为了保证现场施工质量，应严格控制基层延迟碾压时间。

［1］王国晓，楚永红.粉砂土路基填筑质量控制要点［J］.河南科技，2010（8）：91.

［2］赵振东.路用典型砂土的低温陶瓷固化机理应用研究［J］.公路，2011（10）：55-58.

［3］徐平，乐金朝，马清文，等.土壤固化剂稳定粉质黏土性能的试验研究［J］.建筑材料学报，2010（1）：57-61.

［4］谢先旭，杨雪娟.浅谈土壤固化剂在公路路基施工中的应用［J］.河南科技，2013（6）：146.

［5］张涛，潘登，乐金朝.土壤固化剂稳定粉土路用性能试验研究［J］.湖南交通科技，2014（4）：4-6.

Experimental Study on Mechanical Properties of Silty Soil Mixed with Curing Agent

Zhang Xiaoliang
（Zhoukou Highway Survey&Design Institute，Zhoukou Henan 466000）

According to the pavement performance requirements of base course in arterial highway,the mechanical properties of cement and curing agent stabilized silty soil are studied through laboratory experiments.The experiment results revealed that as a base course building materials of arterial highway,the unconfined compressive strength,splitting strength and compressive modulus of cement and curing agent stabilized silty soil increase with the age rising.The unconfined compressive strength of cement and curing agent stabilized silty soil decreases with the increase of delay time,so that the delay time of field compaction should be controlled within 8 hours to ensure site construction quality.

silty soil；curing agent；base course；unconfined compressive strength；splitting strength；compressive modulus

U416.212

A

103-5168（2017）09-0125-03

2017-08-01

河南省交通运输厅科技项目（2014K44）。

张小亮（1984-），男，本科，工程师，研究方向：道路桥梁工程结构设计。