土壤快速固化应用技术研究

赵张明

摘 要：在对目前市面上已有的黄土固化材料分析的基础上，结合关于土壤固化材料的研究经验，提出了10种左右的黄土固话材料配比方案，并分析其基本参数优选出了最佳配比方案。同时考虑到本固化剂应用的便利性，对不同模数的硅酸钠对于固化效果的影响进行了强度试验研究，从而增加了其应用范围。

关键词：土壤固化；配比方案；强度

中图分类号：U4                                      文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）02-0098-03

0 引言

由于土壤种类繁多，其液限、塑限等各方面参数差异较大，因此固化材料对土壤的固化效果也不尽相同。在对目前市面上已有的黄土固化材料分析的基础上，结合课题组多年关于土壤固化材料的研究经验，提出了10种左右的黄土固话材料配比方案，并通过其基本参数（早期的无侧限抗压强度和保水破损情况）优选出了4种配比方案。从添加这4种固化剂的黄土所体现出来的力学参数和路用性能来看，4#固化剂方案所成型的土的各项指标较好，并且成本较低，所以推荐将4#固化材料配比方案作为黄土快速固化剂使用。同时考虑到本固化剂应用的便利性，对推荐固化剂配比方案中的核心材料——不同模数的硅酸钠，对于固化效果的影响进行了强度试验研究[1]，见表1。

1 固化土力学性能研究

1.1 强度试验

1.1.1 无侧限抗压强度

无侧限抗压强度是反映路面材料强度的基本指标，通过3 d、7 d和28 d的无侧限抗压强度（如表2所示）来最终优选出了4个配比方案，分别进行各龄期的无侧限抗压强度、弯拉强度和三轴剪切强度测定，如图1。

从4条曲线可以看出，在各龄期中配方4#的无侧限抗压强度都是最大的，3d到7d强度增长较缓慢，7d到28d强度增长明显.而其他三个配方强度不仅较低，且随龄期增长较缓慢，配方2#的28d强度甚至有所降低。

1.1.2 弯拉强度

材料的弯拉强度对于土类材料来说是一个重要而敏感的设计参数，因此弯拉强度（如表3所示）必然将作为固化剂优选的主要指标。

试验结果表明（图2所示），配比方案4#的7 d和28 d弯拉强度都是最大的。配方1#的早期弯拉强度最低，但后期强度增长较快，28 d弯拉强度与4#相近，这主要是配比方案1#中的水泥起了重要作用。

1.2 模量试验

模量是路面结构设计中的重要参数，其大小反映了材料在荷载作用下的抗变形能力。通过对添加4种固化材料的土体进行抗压回弹模量和弯拉模量试验。抗压回弹模量测定结果如表4和表5所示。

应力-应变关系曲线（图3和图4所示）表明，土体在较大的应力范围内都具有良好的回弹变形，见表6，这说明土体本身的塑性变形得到了改善。

从抗压回弹模量的测试结果可知，7d抗壓回弹模量大小的排序为1#＞3#＞4#＞2#，28d抗压回弹模量的排序为4#＞1#＞2#＞3#。配方1#的7d抗压回弹模量最大，强度较大的4#抗压回弹排第三，而配方4#的28d抗压回弹模量增长较快，远远大于其他三个配比[2]。

2 固化土路用性能研究

由于路面材料要经历大自然气候的变化，所以影响其耐久性的一种重要指标就是材料的抗冻性。抗冻性是以规定龄期（28 d或90 d）的材料在经过数个冻融循环后的饱水无侧限抗压强度与冻前饱水无侧限抗压强度之比来评价的。固化土28 d冻融循环试验结果如表7、图5所示。

从冻融循环试验结果看出，经过5次冻融循环后，2#的质量损失率最低，4#的强度残留度最大。1#出现冻融循环过程中质量增加的现象，主要是由于试件饱水后内部含水量增加造成的。

3 添加不同类型的关键材料的的固化土强度对比

对于所推荐的4#配比而言，关键材料（简称“Key材料”）在其中起着非常重要的作用，因此有必要对不同类型Key材料的差异性进行试验研究，以确保固化剂性能的稳定性和应用的便利性[3]。

选用两种有代表性Key1材料和Key2材料进行强度试验，其3 d和7 d的无侧限抗压强度如图6所示。

图6表明，相比Key1材料（3 d无侧限抗压强度为2.75 MPa，7 d无侧限抗压强度为2.8 MPa），添加2.6%的Key2材料时土体的早期强度更高，强度增长更快。这主要有两个原因：一是Key1材料不溶于（或微溶于）水，而Key2材料溶于水，可以均匀地分布于土体中以充分发挥其本身的作用。二是Key2材料具有更强的粘结性。因此综合各方面的因素，Key2材料被认为是比较理想的4#配比方案的关键材料。

4 结语

从固化土的研究现状中可以知道，以往的固化土研究着重考虑固化剂对土物理力学强度和水稳定性的改善，不同的固化剂都不同程度的增强了土的无侧限抗压强度。其中7 d无侧限抗压强度最大值能达到2.56 MPa。所研究的4种固化剂中4#对黄土的加固效果最理想，3 d无侧限抗压强度能达到2.75 MPa，28 d无侧限抗压强度能达到3.48 MPa，充分体现了快速固化的特点。除此之外，还对固化土其他物理力学性质（抗压回弹模量、弯拉强度、弯拉模量、三轴剪切强度）进行了测定，物理力学性质表现良好。另外，针对特殊的路用性，还对固化土的冻融循环、抗渗性能、抗磨耗性能、摩擦系数等路用性能进行的测定，测定结果肯定了固化剂对土路用性能的改善。

参考文献

[1] CJ/T3073-1998，土壤固化外加剂[S].

[2] CJJ/T286-2018，土壤固化剂应用技术标准[S].

[3] GB/T50123，土工试验方法标准[S].