土壤快速固化應用技術研究

趙張明

摘 要：在對目前市面上已有的黃土固化材料分析的基礎上，結合關于土壤固化材料的研究經驗，提出了10種左右的黃土固話材料配比方案，并分析其基本參數優選出了最佳配比方案。同時考慮到本固化劑應用的便利性，對不同模數的硅酸鈉對于固化效果的影響進行了強度試驗研究，從而增加了其應用范圍。

關鍵詞：土壤固化；配比方案；強度

中圖分類號：U4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）02-0098-03

0 引言

由于土壤種類繁多，其液限、塑限等各方面參數差異較大，因此固化材料對土壤的固化效果也不盡相同。在對目前市面上已有的黃土固化材料分析的基礎上，結合課題組多年關于土壤固化材料的研究經驗，提出了10種左右的黃土固話材料配比方案，并通過其基本參數（早期的無側限抗壓強度和保水破損情況）優選出了4種配比方案。從添加這4種固化劑的黃土所體現出來的力學參數和路用性能來看，4#固化劑方案所成型的土的各項指標較好，并且成本較低，所以推薦將4#固化材料配比方案作為黃土快速固化劑使用。同時考慮到本固化劑應用的便利性，對推薦固化劑配比方案中的核心材料——不同模數的硅酸鈉，對于固化效果的影響進行了強度試驗研究[1]，見表1。

1 固化土力學性能研究

1.1 強度試驗

1.1.1 無側限抗壓強度

無側限抗壓強度是反映路面材料強度的基本指標，通過3 d、7 d和28 d的無側限抗壓強度（如表2所示）來最終優選出了4個配比方案，分別進行各齡期的無側限抗壓強度、彎拉強度和三軸剪切強度測定，如圖1。

從4條曲線可以看出，在各齡期中配方4#的無側限抗壓強度都是最大的，3d到7d強度增長較緩慢，7d到28d強度增長明顯.而其他三個配方強度不僅較低，且隨齡期增長較緩慢，配方2#的28d強度甚至有所降低。

1.1.2 彎拉強度

材料的彎拉強度對于土類材料來說是一個重要而敏感的設計參數，因此彎拉強度（如表3所示）必然將作為固化劑優選的主要指標。

試驗結果表明（圖2所示），配比方案4#的7 d和28 d彎拉強度都是最大的。配方1#的早期彎拉強度最低，但后期強度增長較快，28 d彎拉強度與4#相近，這主要是配比方案1#中的水泥起了重要作用。

1.2 模量試驗

模量是路面結構設計中的重要參數，其大小反映了材料在荷載作用下的抗變形能力。通過對添加4種固化材料的土體進行抗壓回彈模量和彎拉模量試驗。抗壓回彈模量測定結果如表4和表5所示。

應力-應變關系曲線（圖3和圖4所示）表明，土體在較大的應力范圍內都具有良好的回彈變形，見表6，這說明土體本身的塑性變形得到了改善。

從抗壓回彈模量的測試結果可知，7d抗壓回彈模量大小的排序為1#＞3#＞4#＞2#，28d抗壓回彈模量的排序為4#＞1#＞2#＞3#。配方1#的7d抗壓回彈模量最大，強度較大的4#抗壓回彈排第三，而配方4#的28d抗壓回彈模量增長較快，遠遠大于其他三個配比[2]。

2 固化土路用性能研究

由于路面材料要經歷大自然氣候的變化，所以影響其耐久性的一種重要指標就是材料的抗凍性。抗凍性是以規定齡期（28 d或90 d）的材料在經過數個凍融循環后的飽水無側限抗壓強度與凍前飽水無側限抗壓強度之比來評價的。固化土28 d凍融循環試驗結果如表7、圖5所示。

從凍融循環試驗結果看出，經過5次凍融循環后，2#的質量損失率最低，4#的強度殘留度最大。1#出現凍融循環過程中質量增加的現象，主要是由于試件飽水后內部含水量增加造成的。

3 添加不同類型的關鍵材料的的固化土強度對比

對于所推薦的4#配比而言，關鍵材料（簡稱“Key材料”）在其中起著非常重要的作用，因此有必要對不同類型Key材料的差異性進行試驗研究，以確保固化劑性能的穩定性和應用的便利性[3]。

選用兩種有代表性Key1材料和Key2材料進行強度試驗，其3 d和7 d的無側限抗壓強度如圖6所示。

圖6表明，相比Key1材料（3 d無側限抗壓強度為2.75 MPa，7 d無側限抗壓強度為2.8 MPa），添加2.6%的Key2材料時土體的早期強度更高，強度增長更快。這主要有兩個原因：一是Key1材料不溶于（或微溶于）水，而Key2材料溶于水，可以均勻地分布于土體中以充分發揮其本身的作用。二是Key2材料具有更強的粘結性。因此綜合各方面的因素，Key2材料被認為是比較理想的4#配比方案的關鍵材料。

4 結語

從固化土的研究現狀中可以知道，以往的固化土研究著重考慮固化劑對土物理力學強度和水穩定性的改善，不同的固化劑都不同程度的增強了土的無側限抗壓強度。其中7 d無側限抗壓強度最大值能達到2.56 MPa。所研究的4種固化劑中4#對黃土的加固效果最理想，3 d無側限抗壓強度能達到2.75 MPa，28 d無側限抗壓強度能達到3.48 MPa，充分體現了快速固化的特點。除此之外，還對固化土其他物理力學性質（抗壓回彈模量、彎拉強度、彎拉模量、三軸剪切強度）進行了測定，物理力學性質表現良好。另外，針對特殊的路用性，還對固化土的凍融循環、抗滲性能、抗磨耗性能、摩擦系數等路用性能進行的測定，測定結果肯定了固化劑對土路用性能的改善。

參考文獻

[1] CJ/T3073-1998，土壤固化外加劑[S].

[2] CJJ/T286-2018，土壤固化劑應用技術標準[S].

[3] GB/T50123，土工試驗方法標準[S].