CHF固化劑對水泥土性能影響的試驗分析

曾 宏，熊 灣

（廣西水利科學研究院，廣西 南寧 530023）

CHF固化劑對水泥土性能影響的試驗分析

曾 宏，熊 灣

（廣西水利科學研究院，廣西 南寧 530023）

采用CHF高分子復合離子土壤固化劑，進行了一系列的固化土對比試驗，分析了水泥摻量、固化劑摻量、成型壓力對固化土無側限抗壓強度及抗滲性能的影響。結果：固化劑摻量0.02%，水泥摻量為8%的固化土能滿足渠道工程的要求，且較為經濟。

CHF固化劑；固化土；無側限抗壓強度

1 概述

國外對土體固化技術的研究和應用，從20世紀初就開始了，經過多年的研究，開發了一系列土體固化劑，并在各類工程中得到了廣泛的應用[1-2]。國內對固化劑的研究相對較晚，從20世紀80年代開始引進國外的先進技術，并在道路工程中得到了廣泛的應用[3-6]。近年來，隨著國內科研人員對土體固化技術研究的不斷深入，針對國內不同區域的土壤特征，成功研制了各種類型的土體固化劑，并在渠道工程、道路工程中得到了廣泛應用，取得了較好的效果。

CHF高分子復合離子土壤固化劑由柳州東風化工股份有限公司研制，其主要成分包含有：強氧化劑、離子型高分子活化劑、分散劑、固化催化劑等。CHF固化劑與土壤、水泥、石灰等作用后，通過機械碾壓使復合固化土密實，大幅度降低土壤的親水性，提高水穩定性，達到加固土體的目的。本文進行了不同摻量的固化土對比試驗，分析水泥摻量、固化劑摻量、成型壓力對固化效果的影響，為固化土在渠道工程中的應用提供最優的配比。

2 固化土試驗材料及方法

2.1 試驗材料

試驗用土取自廣西桂平市金田灌區南干渠道附近山坡上，為棕黃色粘土，土樣基本物理指標見表1。試驗所用的CHF高分子復合離子土壤固化劑由柳州東風化工股份有限公司研制，在常溫下為黑褐色液體，密度為1.7 g/cm3。水泥采用華潤貴港水泥廠生產的42.5R普通硅酸鹽水泥。

表1 土樣的基本物理指標

2.2 試件成型

試驗按照靜力壓實法制備試件，每個試件都是高度：直徑=1∶1的圓柱體，固化土壓實度取95%。試驗用的試模的直徑和高度均為60 mm，每組樣品成型6個試件。

試驗前，按照計算的配合比，稱量各摻入料的質量，并將固化劑按照1∶150（質量比）與水稀釋，將固化土拌勻，同時噴灑固化劑溶液，并測定每組配合比的最佳含水率和最大干密度。根據最佳含水率、最大干密度、試模的體積計算每個試件的固化土質量。將稱量的混合料分3次裝入試模中，每次裝入后用試棒輕輕插實。將整個試模及壓力柱放在壓力機的千斤頂上，加壓至預定壓力值，直到上、下壓柱都壓到試模為止，靜壓2 min，然后脫模，取出試件，并用塑料薄膜包好進行標準養護。

3 試驗結果及分析

3.1 CHF固化劑對土體無側限抗壓強度的影響

CHF固化劑為高濃縮液體，摻入量較小，與土顆粒發生化學作用后，改變了土顆粒的結構，降低了土壤的親水性，使土顆粒毛細管中的水壓無法存在，有效提高土體的密實程度。

為分析單獨摻入固化劑后，土體的無側限抗壓強度變化，進行了不同固化劑摻量的土體抗壓強度試驗。試件成型養護28 d后，按照浸水、不浸水兩種情況進行無側限抗壓強度試驗。對于浸水情況，需將試樣放在水中浸泡7 d，然后再進行試驗。

表2 不同固化劑摻量土體試件抗壓強度試驗結果表

試驗結果表2表明：在不摻入水泥，僅摻入CHF固化劑的情況下，各試件的固化土28 d無側限抗壓強度均較小，均小于2 MPa，不滿足渠道工程中水泥土抗壓強度允許最小值。浸水7 d后，未摻入固化劑的試件，有的出現了崩解現象。摻入固化劑的試件未出現崩解，且隨著固化劑摻量的增加，試件強度損失比例逐漸減小。

3.2 水泥對土體無側限抗壓強度的影響

為分析摻入水泥后，土體的無側限抗壓強度變化，進行了不同水泥摻量的水泥土28 d無側限抗壓強度試驗，試驗過程同3.1。

表3 不同水泥摻量土體試件抗壓強度試驗結果表

試驗結果表3表明：在不摻入CHF固化劑，僅摻入水泥的情況下，隨著水泥摻量的增加，固化土無側限抗壓強度提高。當水泥摻量達到8%時，水泥土的無側限抗壓強度大于2 MPa。浸水7 d后，水泥土試件的無側限抗壓強度均大幅降低，強度損失比為40%～48%。

對比表2、3可知：摻入水泥能有效提高土體的無側限抗壓強度，但其浸水后的強度損失比值較摻入固化劑的土體要大，摻入固化劑能有效提高土體的水穩定性。

3.3 CHF固化劑和水泥對固化土性能的影響

3.3.1 固化劑摻量對水泥土抗壓強度和抗滲性能的影響

對水泥摻量為5%，進行了不同固化劑摻量的固化土28 d無側限抗壓強度試驗和滲透試驗。試驗過程同3.1。

表4 不同固化劑摻量固化土試件抗壓強度試驗結果表

試驗結果表4表明：摻入固化劑后，固化土的無側限抗壓強度有了明顯提高，固化劑摻量為0.02%時，水泥土的抗壓強度達到了2.24 MPa。隨著固化劑摻量的增加，固化土顆粒粘結更緊密，水穩定性能提高。浸水后的強度損失比值逐漸減小，比單獨摻入水泥或固化劑強度損失比值有了明顯的減小。同時，考慮到固化劑的成本，0.02%的摻量較為經濟。

固化土的滲透試驗按照《土工試驗規程》SL237—1999進行，試驗結果表4表明：摻入固化劑后，水泥土的滲透系數大幅減小，能達到10-7cm/s數量級，能滿足多數渠道工程中對固化土滲透系數的要求。

3.3.2 水泥摻量對固化土無側限抗壓強度的影響

已有的很多研究資料表明：水泥摻量是影響固化土強度的主要因素。水泥和土體中的水分發生各種水化反應，生成的各種水化物，直接影響水泥土的強度。對固化劑摻量為0.02%，進行了不同水泥摻量的固化土28 d無側限抗壓強度試驗。試驗結果表5表明：水泥摻量越大，水泥水化作用生成的水化物越多，固化土試樣抗壓強度也越大。當水泥摻量達到5%時，固化土的無側限抗壓強度有明顯的提高，大于2 MPa。但隨著水泥摻量的增加，固化土的成本增加，經濟性降低。對于渠道固化土來說，水泥摻量為5%～8%能滿足大多數工程的要求。

對比表4、5可知：摻入CHF固化劑和水泥后，固化土的無側限抗壓強度有了明顯的提高，浸水后抗壓強度僅小幅降低，強度損失比在12%～28%，水穩定性能有了明顯提升。

表5 不同水泥摻量固化土試件抗壓強度試驗結果表

3.3.3 成型壓力對固化土無側限抗壓強度的影響

對水泥摻量為5%，固化劑摻量為0.02%，進行了不同成型壓力的固化土28 d無側限抗壓強度試驗，各試驗均是標準養護。

表6 不同成型壓力固化土試件抗壓強度試驗結果表

試驗結果表6表明：試件的成型壓力越大，固化土碾壓得越緊密，土顆粒粘結更牢固，固化土抗壓強度越高，當試件的密度達到最大干密度后，即使試件成型壓力增大，固化土的強度增加也不明顯。

3.4 經濟性比較

為對比分析固化土和水泥土的經濟性，對相同試驗渠道底板（計算長度200 m，寬度5 m），在相同施工條件下，采用兩種不同配合比的固化土工程施工造價進行比較分析。

工程應用造價對比結果表7表明：在保證固化土強度和抗滲性能滿足工程要求的條件下，摻入固化劑的固化土較僅摻入水泥的方案能減少水泥的用量，有效提高固化土的水穩定性，每立方米壓實土材料費節省15元，工程造價降低約13%。

表7 不同配比固化土造價比較

4 工程應用

為驗證室內固化土配合比的有效性，將固化土試驗成果應用于桂平金田灌區渠道底板中。固化土水泥摻量8%，固化劑摻量0.02%。固化土施工時，先清除渠道底板松土，將固化土拌合均勻，并噴灑固化劑稀釋溶液，然后用鉤機攤鋪平整，最終碾壓成型，并覆蓋塑料薄膜養護7 d。渠道底板固化施工完后，在渠底取樣進行28 d抗壓強度和抗滲試驗，試件28 d抗壓強度為2.1 MPa，滲透系數為5.6×10-7cm/s，滿足渠道防滲工程技術規范（SL18-2004）的要求。

5 結論

通過對CHF土壤固化劑加固土的試驗研究，得出以下結論：

（1）CHF高分子復合離子固化劑的加入能明顯提高固化土的無側限抗壓強度，降低滲透系數，提高固化土的水穩定性。在滿足同等抗壓強度要求下，可以節約水泥用量，降低工程造價；

（2）固化土的無側限抗壓強度受固化劑摻量、成型壓力、水泥摻量、養護方式等多種因素的影響。水泥摻量是影響固化土強度的主要因素，但是水泥摻量的增加，固化成本增加。因此，如何降低成本造價，仍是下一步需要重點研究的技術難題；

（3）摻入水泥和固化劑后，固化土的防滲性能提高，能滿足多數工程的防滲要求，固化土的耐久性和水穩定性限制了其工程的應用范圍，需要在工程實踐中不斷改進和提高，以擴大其應用范圍。

[1] 賀行洋，陳益民，張文生.土的組成、結構與固化技術[J].巖土工程技術，2003（3）：129-133.

[2] 李翠華，張 路，詹長久.固化劑對土的性能影響的實驗研究[J].武漢大學學報（工學版），2003，36（4）：92-94.

[3] 趙衛全，符 平，楊曉東，等.新型土壤固化劑無側限抗壓強度試驗研究[J].水利水電技術，2004，35（2）：86-88.

[4] 杜應吉，朱建宏.土壤固化劑對不同土質固化性能影響的試驗研究[J].干旱地區農業研究，2004，22（4）：229-231.

[5] 杜向琴，婁宗科.HEC固化土施工技術參數對其抗壓強度的影響[J].西北農林科技大學學報，2007，35（9）：226-228.

[6] 程滿金，步豐湖，王俊英，等.土壤固化劑新材料在襯砌渠道中的應用研究[J].節水灌溉，2010（4）：33-36.

（責任編輯：周 群）

Test and analysis of effects of CHF curing agent on cement soil property

ZENG Hong,XIONG Wan
(Guangxi Hydraulic Research Institute,Nanning 530023,China)

CHF polymer composite ionic soil curing agent was adopted to conduct solidified soil contrast test.The effects of cement percentage,curing agent percentage and molding pressure on unconfined compressive strength and anti-seepage performance of solidified soil were analyzed.Solidified soil mixed with curing agent of 0.02%and cement of 8%meets requirements of channel engineering at rather economical cost.

CHF curing agent;solidified soil;unconfined compressive strength

TU411 [

]B [

]1003-1510（2016）06-0026-03

2016-06-12

2016-09-18

廣西水利科技項目（201520）

曾 宏（1983-），男，湖南永州人，廣西水利科學研究院工程師，碩士，主要從事巖土工程質量檢測及設計工作。