沈陽地區(qū)固化土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

張書立

（遼寧省交通建設(shè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 沈陽市 110166）

沈陽地區(qū)固化土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

張書立

（遼寧省交通建設(shè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 沈陽市 110166）

固化土技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)就地取材，具有工藝簡單、造價(jià)低、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，是解決低等級(jí)道路建筑材料短缺的有效方法。詳細(xì)分析了沈陽周邊地區(qū)分布風(fēng)積砂和粉土的工程性質(zhì)，采用中路系列固化劑進(jìn)行固化土性能試驗(yàn)，獲得其力學(xué)性能指標(biāo)，為該地區(qū)固化土的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

路基；土壤固化劑；風(fēng)積砂；粉土

固化土路面基層、底基層材料，以土為基本材料，使得道路建設(shè)實(shí)現(xiàn)就地取材，不僅減少了砂石的用量還節(jié)省了大量的運(yùn)輸費(fèi)用，作為人工合成材料筑路新技術(shù)還具有施工工藝簡單、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因而在各級(jí)公路及市政道路基層、鐵路路基、建筑地基、水利等方面均有廣闊的應(yīng)用前景，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。

針對(duì)沈陽周邊地區(qū)廣泛分布的風(fēng)積砂和粉土，采用中路系列固化劑進(jìn)行固化土分析，通過試驗(yàn)獲得固化土的路用性能指標(biāo)。

1　原材料試驗(yàn)

（1）低液限粉土

試驗(yàn)采用的粉土取自沈陽市渾南地區(qū)，其物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果見表1，顆粒組成見表2。

表1　粉土的物理性質(zhì)

表2　粉土顆粒組成

（2）風(fēng)積砂

風(fēng)積砂取自沈陽周邊法庫地區(qū)。

表3　風(fēng)積砂土物理性質(zhì)

（3）水泥

采用沈陽山水工源水泥有限公司生產(chǎn)的工源牌325級(jí)礦渣硅酸鹽水泥，水泥性能見表4。

表4　水泥的材料性能

（4）固化劑

2)加入特征點(diǎn)的TIN優(yōu)化法：本方法是對(duì)離散等值線直接生成法的優(yōu)化，采用加入特征點(diǎn)的方法來消除“平三角形”。

實(shí)驗(yàn)用固化劑采用吉林中路新材料有限責(zé)任公司開發(fā)的中路3號(hào)固化劑。中路系列固化劑能中和土顆粒表面的電荷，減薄雙電層的厚度，加強(qiáng)混合料化學(xué)和物理反應(yīng)的過程，使混合料生成穩(wěn)定的結(jié)晶—縮合結(jié)構(gòu)。

2　實(shí)驗(yàn)方案及配合比

考慮不同的混合土比例、不同結(jié)合料比例和不同固化劑類型對(duì)固化土性質(zhì)的影響，ZL-3固化劑的摻量為結(jié)合料的0.15%。配合比方案如表5。

表5　試驗(yàn)用配合比

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)

試驗(yàn)中固化劑用量很少，對(duì)固化土的擊實(shí)結(jié)果影響很小，因此采用不同混合土比例、結(jié)合料為7%水泥的方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，測試最佳含水量和最大干密度。

表6　標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

3.27d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

表7　不同配合比7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值

當(dāng)黏土質(zhì)砂與低液限黏土的比例為1∶1時(shí)，7%水泥摻量下的強(qiáng)度達(dá)到1.81MPa，ZL-3固化劑對(duì)混合土樣的強(qiáng)度提高有效果。在不添加ZL-3固化劑的條件下，將在結(jié)合料中采用石灰代替部分水泥，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有所降低。當(dāng)添加了ZL-3固化劑后，用石灰代替部分水泥，強(qiáng)度得到明顯提高，可見固化劑的添加，促進(jìn)了石灰作用的發(fā)揮，提高了強(qiáng)度指標(biāo)。

在土樣1∶3比例時(shí)，水泥、石灰為5%、2%綜合穩(wěn)定土的抗壓強(qiáng)度均大于7%水泥單獨(dú)固化，說明隨著混合土中黏性土顆粒含量的增加，水泥、石灰的綜合固化顯示出對(duì)黏性土的優(yōu)勢，強(qiáng)度提高明顯。而同樣1∶3比例下的土樣，水泥、石灰為5%、2%綜合穩(wěn)定土的強(qiáng)度平均高于水泥、石灰為4%、3%綜合穩(wěn)定土的強(qiáng)度，證明雖然結(jié)合料石灰的加入有益于提高綜合穩(wěn)定混合土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，但是也并非呈現(xiàn)完全的正相關(guān)性，添加石灰的比例過量反而會(huì)使抗壓強(qiáng)度下降，所以，綜合考慮強(qiáng)度指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性，水泥∶石灰=5∶2的比例被認(rèn)為是比較合理的。

而從7d強(qiáng)度和遼沈地區(qū)的土質(zhì)分布情況綜合考慮，采用黏土質(zhì)砂∶低液限黏土=1∶1的混合土樣，固化劑選用液態(tài)ZL-3固化劑，進(jìn)行不同齡期強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.3不同齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)簡便，能較快速準(zhǔn)確地反映試件的強(qiáng)度特性，應(yīng)用最為廣泛，試驗(yàn)方法也較為成熟。試驗(yàn)采用前文所述的1-1、1-2號(hào)配合比方案，制件按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）中無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試件制作方法（圓柱形）（T0843-2009）制作50mm× 50mm的小試件，壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)為97%，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生，養(yǎng)生期最后均浸水1d，采用應(yīng)變式路面材料強(qiáng)度試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

表8　不同齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

從表8和圖1可見，無論7d、28d和90d強(qiáng)度，添加ZL-3固化劑的配合比方案強(qiáng)度都有所增加。7d、28d和90d強(qiáng)度，添加ZL-3固化土與不添加固化劑的方案相比，強(qiáng)度分別提高了6.1%、15.1%和9.6%，可見ZL-3固化劑對(duì)混合土強(qiáng)度的影響在齡期為28d左右最為明顯。施工初期，固化劑與水泥和混合土的相互作用逐漸發(fā)揮，強(qiáng)度值較低，但隨著齡期的延長強(qiáng)度提高較明顯；齡期達(dá)到28d之后，強(qiáng)度增加幅度逐漸減小。與普通固化土相比，添加ZL-3固化劑后，前期強(qiáng)度增加較快，強(qiáng)度值明顯提高。

3.4劈裂強(qiáng)度

采用1-1、1-2配合比方案進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。

表9　不同配合比劈裂強(qiáng)度

ZL-3可有效地提高1∶1混合土的劈裂強(qiáng)度，可提高5倍多，達(dá)到1.63MPa，證明了固化劑在提高基層材料抗拉裂性能上效果十分明顯。試驗(yàn)組變異系數(shù)都在0.1以上，說明劈裂強(qiáng)度的試驗(yàn)較無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的離散性大，必要的時(shí)候應(yīng)該增加試驗(yàn)試件的數(shù)量保證結(jié)果的可靠性。

3.5抗壓回彈模量

基層作為公路的主要承重層必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度才能抵抗行車荷載的作用，避免產(chǎn)生過大的變形與破壞。因此合適的剛度是選擇基層材料的一個(gè)重要條件。

采用配合比方案1-1、1-2進(jìn)行抗壓回彈模量試驗(yàn)，結(jié)果如表10。

表10　不同配合比抗壓回彈模量

不加固化劑水泥穩(wěn)定1∶1混合土的抗壓回彈模量最小只有271.71MPa，固化劑的加入對(duì)回彈模量值的提升有良好效果，提升接近3倍達(dá)到737.42MP。

4　結(jié)語

通過對(duì)不同比例固化混合土性能的試驗(yàn)研究，獲得了其力學(xué)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)沈陽地區(qū)混合土，在添加ZL-3固化劑之后，力學(xué)性能得到提高，可達(dá)到二級(jí)公路道路底基層或基層的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決上述地區(qū)筑路材料缺乏、運(yùn)距遠(yuǎn)、費(fèi)用高的問題。

［1］ 中華人民共和國建設(shè)部.CJ/T3073-1998土壤固化劑［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［2］ 李軍.固化劑固結(jié)土路面基層在季凍區(qū)的應(yīng)用研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2008.

［3］ 王萬峰.東北地區(qū)固化劑穩(wěn)定土路面基層應(yīng)用研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

［4］ 王樹娟.摻風(fēng)積沙水泥復(fù)合土力學(xué)性能的研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［5］ 中華人民共和國交通部.JTJ034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［6］ 楊宏宇.土壤固化劑在公路基層底基層中的應(yīng)用［D］.西安：長安大學(xué)，2013.

［7］ 王大寶.土壤固化劑穩(wěn)定細(xì)粒土路用性能試驗(yàn)研究［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2010.

Experimental Study on Mechanical Properties of Stabilized Soil in Shenyang

ZHANG Shu-li
（Liaoning Provincial Communications Construction&Investment Group Co.，Ltd.，Shenyang 110166，China）

As an effective method to address the shortage of low-grade road construction material，solidified soil technology enables local materials，has a simple process，low cost and energy saving features.Detailed analysis of the surrounding areas in Shenyang distribution of aeolian sand and silt were carried out.The solidified soil performance using the middle series of curing agent were tested to obtain their mechanical properties.The results provide data support for the application of the stabilized soil in Shenyang area.

Roadbed；Silt；Soil stabilizer；Aeolian sand

U414.03

A

1673-6052（2016）03-0062-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.019