抗疏力剂固化细粒土无侧限抗压强度试验分析

2021-03-05梁永贵申铁军

黑龙江交通科技 2021年2期

梁永贵，申铁军

(1.山西路桥第二工程有限公司，山西临汾 041000；2.山西路桥建设集团有限公司，山西太原 030006)

0 引言

细粒土抗疏力剂是在常温下可直接固结土体，能够与粘土矿物反应生成胶凝物质的土壤硬化剂，是固化剂的一种。其原理是利用化学外掺剂对土体进行化学处里，改变土粒组成和土体的工程特性，从而提高土体强度，改善土质压实特性。从固化剂发展的过程以及固结机理来看，现有的固化剂大体可以分成四大类：高聚物类固化剂、电离子溶液(ISS)类固化剂、石灰水泥类固化剂、矿渣硅酸盐类固化剂。其中，矿渣硅酸盐类固化剂与石灰水泥类固化剂即传统意义上的无机结合料类。

1 试验目的及意义

针对不同种类的土样，保证水泥剂量相同，掺入不同种类的固化剂和不掺固化剂，做标准试件中∮5 cm×5 cm，通过测试7 d无限抗压强度对比分析不同种类土样对不同固化剂的契合效果，根据7 d无侧限抗压强度结果，初步选择出每种土样对应的最优固化剂。

2 原材料及固化剂的试验准备

2.1 原材料种类

四种土样:A、B、C、D；四种固化剂:a、b、c、d；水泥:P042.5水泥

2.2 原材料处理

(1)对土样进行晾晒，碾碎团聚大颗粒，筛除其中小石子等非土壤的杂物，然后用5 mm标准圆孔土壤筛筛除大于5 mm的颗粒，装袋备用。

(2)对a、b、c、d四种固化剂进行稀释，稀释比例1∶100。

(3)准备内容

①针对建设项目周边，进行土体固化材料的分布调查；土体固化材料的详细成分分析，特别是道路有害物质和环境污染有害物质的分析，有害物质处理研究；土体固化材料的特性及其路用性能的影响研究；

②土体固化材料的加工工艺研究，大多数土体固化材料不能直接用于道路建设，需要加工处理或改性处理才能使用；综合利用土体固化材料，研究土体固化材料在道路建筑的组成设计，施工工艺；

③土体固化材料的道路性能研究；土体固化材料的道路耐久性研究。

3 固化剂试验分析

依据双电子层理论及固化剂的作用机理，土粒受表面影响的阳离子层与表面的负电荷合称双电子层，粘土颗粒表面由于本身性质带有受静电引力吸附的水化阳离子和固定数量的负电荷，吸附的阳离子越靠近土颗粒表面，静电引力越大阳离子浓度越大。土粒表面的双电子层区域存在结合水，而水膜厚度由土粒的静电引力决定，因此土粒的结合水受电子层中电荷浓度的影响。细粒土水膜厚度对粘性土的工程性质有直接影响，水膜厚度大，颗粒间的相对距离变大，土的塑性高，土的强度随之降低。新型固化剂为一种阴离子表面活性剂，将其掺入土壤中，与含有一定水分的土壤混合后，发生一系列物理-化学反应，它与土壤颗粒所带的正负电荷发生反应，极大地减少结合水膜的厚度，置换出土粒表面的水分子并生成一种不可溶解的终合物，发挥类似水泥的凝固作用，同时降低偶极电荷，减弱土壤颗粒间的排斥力，破坏土壤颗粒间的吸附力，对土壤的压实密度有着直接作用；缩小了土壤颗粒之间的空隙，使其承载能力大大加强，从而达到高密实度、高斥水性、强承载力和抗压强度，提高土体的承载能力与抗渗性能。

3.1 选用土样进行试验分析

分析结果具体见表1、表2。

表1 土样物理、水理指标表

表2 土样CBR值与压实度关系表

3.2 不同土样物理化学性能比较分析

从A、B、C、D四种土样的液塑限测定结果可以看出：A土样塑性指数仅1.4，依据双电子层理论，表明改变结合水中的正负电荷性质可以影响结合水膜的厚度，从而改变土壤的强度，可见A土样不适宜固化；C土样接近为高液限土，B土样和D土样为低液限粉质黏土(塑性指数均大于10，小于17)。C土样液限为47.4%，接近50%，塑性指数为33.8%，远大于26%。由于高液限土容重较轻，难以压实，常规压实难以达到施工要求的压实度，强度低。详见表3。

表3 四种土样的界限含水率对比表

3.4 不同固化剂7 d无侧限抗压强度比较分析

试验比例为m水泥∶m土∶m抗疏力剂=5∶95∶0.03，A固化剂来稳定土，其抗压效果好，C土样可达到2.7 MPa，B土样可达到3.7 MPa，详见表4。

表4 四种固化剂的7 d无侧限抗压强度对比表

表4数据也印证了C土的击实结果和7 d无侧限抗压强度。最大干密度仅为1.691 g/cm3，较B土低，用等剂量的水泥辅以相同的固化剂稳定土，7 d无侧限抗压强度较B低。从C土样和B土样的7 d无侧限抗压强度测试结果可以看出，C土样平均值可达到2.7 MPa，B土样平均值可达到3.7 MPa。C土样整体比B土样的7 d无侧限抗压强度低1 MPa左右，这是由于两种土质不同的原因造成的，C土样接近为高液限土，难以压实，强度较低，通过两种上样7 d无侧限抗压强度结果纵向对比可以发现，两种土样用6%水泥辅以A固化剂来稳定土，其抗压效果好。

3.5 推广应用前景

从技术和产业发展趋势看，抗疏力剂作为新型筑路材料已经引起国内外的广泛关注，研制、生产、推广应用的步伐持续加快，为道路工程建设提供了新的思路。复合稳定无机结合料技术在本项目工程中广泛应用，不但符合国家产业政策，同时施工企业经济效益显著，更主要的是对抗疏力剂这一战略性新兴产业的应用，可以延伸至石灰稳定土、水泥石灰综合稳定土底基层、基层，由此可见，推广应用前景非常广阔。