地聚合物改良淤泥质土试验研究

2022-08-31李凌志

四川建材 2022年8期

李凌志

(温州市高速公路投资有限公司，浙江温州 325000)

0 前言

在公路建设中，路基填料的要求是极为严格的。而对于不同的公路等级，抗压强度标准也会有所不同，需要选用优质的路基填料。作为传统路基填料的宕渣，由于政府加强了开山采石的限制，因此可供开采的宕渣量越来越小，料源日益紧缺。如今使用水泥、石灰等材料对淤泥质黏土进行加固处理，可以有效地提高土体强度并投入实际工程中使用，但是作为主要固化材料的硅酸盐水泥，其在生产过程中产生大量的温室气体，对环境影响较大。地聚合物固化剂具有强度高的同时，在制造过程中能耗和三废排放量都较低，是一种可持续发展的绿色环保材料，完全符合当下“双碳”政策[1-2]。同时地聚合物固化对象是工程建设每年产生的废弃土，为废弃土的资源化再生利用提供条件，在降低环境污染的同时解决了优质路基填料需求不足的问题[3]。

1 试验研究

1.1 原状土基本物理性质

本工程废弃土为温州某地钻渣，土体成分复杂，对本项目钻渣进行了分批采样，共采集5组原状土，对其开展基本物理特性试验，其物理指标如表1所示。

表1 原状土基本物理性质

由表1可知，其液限小于50%，塑性指数<26。可对其进行填料化改良，用于路堤填筑。

1.2 试验方案

因待利用的废弃土天然含水量远高于最优含水量，需要先降水再添加固化材料。同时，由于天然条件下晾晒降水难度大，因此拟通过二次加灰的工艺实现废弃土填料化改良：①一次掺灰，通过添加减水材料，实现高含水率废弃土的减水，同时实现淤泥的“砂化”，增加减水速率；②二次掺灰，待含水率降至可机械拌合状态后，添加固化剂，增加填料改良土的强度及水稳定性[4]。

基于上述工艺思路，开展配合比的试验，其试验设计思路如图1所示。

图1 配合比设计思路图

2 石灰降水与固化剂配比研究

2.1 石灰降水规律

为了验证不同含水率下废弃土减水效果，配置了45%、50%、55%、60%含水率的淤泥土。采用3%石灰降水，开展了试验，降水规律如图2所示。

图2 土体含水率随龄期变化曲线(室内试验)

由图2可知，初始含水率45%的淤泥土3 d可以降至含水率27%，基本满足机械拌合的含水率需求，而初始含水率50%的淤泥土3 d降到含水率35%，降到含水率25%需要7 d。

由于室内为无风条件，与实际情况有所区别，依托实际土源开展了现场拌灰后的含水率测试。其结果如图3所示。

图3 土体含水率随龄期变化曲线(现场试验)

由图3可知，初始含水率40%～50%，掺灰3%，室内降水较慢，但室外配合挖机翻晒，经过2～4 d，含水率可降至24%～27%，满足机械拌合的含水率需求。因此确定掺入石灰量为3%，翻晒时间为2～4 d(与天气因素关系较大)。

2.2 固化剂选型

地聚合物是一种无机聚合物材料，从空间结构和性能来看，它是一种三维非晶网状结构的高性能无机胶凝材料。地聚合物的早期强度高，耐久性较好。同时，该类固化剂是以大宗无害工业废弃物为主要材料，通过添加碱激发剂实现地聚合物的生产。本试验以矿渣、粉煤灰为原料，碱渣作为碱激发剂提供碱性环境[5-6]。根据不同配合比配制了3种不同的固化剂，分别命名为固化剂1、固化剂2及固化剂3，材料配比如表2所示。

表2 固化剂材料配比

固化剂种类选取试验：选择了三类固化剂进行无侧限抗压强度和水稳试验，具体数据如表3～5所示。

表3 固化剂1改良淤泥无侧限抗压强度和水稳系数表

表4 固化剂2改良淤泥无侧限抗压强度和水稳系数表

表5 固化剂3改良淤泥无侧限抗压强度和水稳系数表

对表3～5进行分析，固化剂1和固化剂2前期强度较高，但后期强度增长较缓慢，其水稳系数均小于0.6。固化剂3前期强度相对较小，但强度增长较均匀，也已经超出路基设计规范中CBR要求，特别是水稳系数均大于0.8，已经满足《土壤固化剂应用技术标准》(CJJ/T 286—2018)中路基基层的水稳性要求，综合考虑采用固化剂3方案。

2.3 固化剂配合比设计

结合上述减水试验与室内配比试验的成果，同时考虑到试验段有部分石粉需要消纳，因此试验段在此基础上增加了3%的石粉，建议开展废弃土路用配比为：①3%石灰+3%石粉+2%固化剂3；②3%石灰+3%石粉+3%固化剂3；③3%石灰+3%石粉+4%固化剂3。其结果如表6所示。

表6 不同固化剂掺量下7 d无侧限抗压强度结果

由表6可知，掺入3%、4%固化剂的固化土水稳定系数均大于0.8，且相对于掺入3%固化剂，掺入4%固化剂对强度提升并不大，考虑工程成本，最终确定3%石灰+3%石粉+3%固化剂作为最终配比。

2.4 淤泥改良土路用试验

对确定开展配比的类型，开展了击实试验，确定固化剂作用下最优含水率为22%及最大干密度1.64 g/cm3。在上述推荐配比下，开展了不同压实度(94/96/100)下的CBR试验，由于试验土样为改良土，需要固化龄期，因此本次试验获得的CBR值为7 d龄期(3 d养护+4 d浸水)的结果，结果如表7所示。