曾 宏，熊 灣

（廣西水利科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023）

CHF固化劑對水泥土性能影響的試驗(yàn)分析

曾 宏，熊 灣

（廣西水利科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023）

采用CHF高分子復(fù)合離子土壤固化劑，進(jìn)行了一系列的固化土對比試驗(yàn)，分析了水泥摻量、固化劑摻量、成型壓力對固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B性能的影響。結(jié)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(jīng)濟(jì)。

CHF固化劑；固化土；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

1 概述

國外對土體固化技術(shù)的研究和應(yīng)用，從20世紀(jì)初就開始了，經(jīng)過多年的研究，開發(fā)了一系列土體固化劑，并在各類工程中得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。國內(nèi)對固化劑的研究相對較晚，從20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，并在道路工程中得到了廣泛的應(yīng)用[3-6]。近年來，隨著國內(nèi)科研人員對土體固化技術(shù)研究的不斷深入，針對國內(nèi)不同區(qū)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(yīng)用，取得了較好的效果。

CHF高分子復(fù)合離子土壤固化劑由柳州東風(fēng)化工股份有限公司研制，其主要成分包含有：強(qiáng)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(jī)械碾壓使復(fù)合固化土密實(shí)，大幅度降低土壤的親水性，提高水穩(wěn)定性，達(dá)到加固土體的目的。本文進(jìn)行了不同摻量的固化土對比試驗(yàn)，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(yīng)用提供最優(yōu)的配比。

2 固化土試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土取自廣西桂平市金田灌區(qū)南干渠道附近山坡上，為棕黃色粘土，土樣基本物理指標(biāo)見表1。試驗(yàn)所用的CHF高分子復(fù)合離子土壤固化劑由柳州東風(fēng)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(chǎn)的42.5R普通硅酸鹽水泥。

表1 土樣的基本物理指標(biāo)

2.2 試件成型

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

試驗(yàn)前，按照計(jì)算的配合比，稱量各摻入料的質(zhì)量，并將固化劑按照1∶150（質(zhì)量比）與水稀釋，將固化土拌勻，同時(shí)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(jù)最佳含水率、最大干密度、試模的體積計(jì)算每個(gè)試件的固化土質(zhì)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(shí)。將整個(gè)試模及壓力柱放在壓力機(jī)的千斤頂上，加壓至預(yù)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 CHF固化劑對土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

CHF固化劑為高濃縮液體，摻入量較小，與土顆粒發(fā)生化學(xué)作用后，改變了土顆粒的結(jié)構(gòu)，降低了土壤的親水性，使土顆粒毛細(xì)管中的水壓無法存在，有效提高土體的密實(shí)程度。

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

表2 不同固化劑摻量土體試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)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(cè)限抗壓強(qiáng)度均較小，均小于2 MPa，不滿足渠道工程中水泥土抗壓強(qiáng)度允許最小值。浸水7 d后，未摻入固化劑的試件，有的出現(xiàn)了崩解現(xiàn)象。摻入固化劑的試件未出現(xiàn)崩解，且隨著固化劑摻量的增加，試件強(qiáng)度損失比例逐漸減小。

3.2 水泥對土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

為分析摻入水泥后，土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化，進(jìn)行了不同水泥摻量的水泥土28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)過程同3.1。

表3 不同水泥摻量土體試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)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(cè)限抗壓強(qiáng)度提高。當(dāng)水泥摻量達(dá)到8%時(shí)，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于2 MPa。浸水7 d后，水泥土試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大幅降低，強(qiáng)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(cè)限抗壓強(qiáng)度，但其浸水后的強(qiáng)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(wěn)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(qiáng)度和抗?jié)B性能的影響

對水泥摻量為5%，進(jìn)行了不同固化劑摻量的固化土28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)過程同3.1。

表4 不同固化劑摻量固化土試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)果表4表明：摻入固化劑后，固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有了明顯提高，固化劑摻量為0.02%時(shí)，水泥土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了2.24 MPa。隨著固化劑摻量的增加，固化土顆粒粘結(jié)更緊密，水穩(wěn)定性能提高。浸水后的強(qiáng)度損失比值逐漸減小，比單獨(dú)摻入水泥或固化劑強(qiáng)度損失比值有了明顯的減小。同時(shí)，考慮到固化劑的成本，0.02%的摻量較為經(jīng)濟(jì)。

固化土的滲透試驗(yàn)按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237—1999進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果表4表明：摻入固化劑后，水泥土的滲透系數(shù)大幅減小，能達(dá)到10-7cm/s數(shù)量級，能滿足多數(shù)渠道工程中對固化土滲透系數(shù)的要求。

3.3.2 水泥摻量對固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)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(qiáng)度的主要因素。水泥和土體中的水分發(fā)生各種水化反應(yīng)，生成的各種水化物，直接影響水泥土的強(qiáng)度。對固化劑摻量為0.02%，進(jìn)行了不同水泥摻量的固化土28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度也越大。當(dāng)水泥摻量達(dá)到5%時(shí)，固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)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(jīng)濟(jì)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(shù)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(cè)限抗壓強(qiáng)度有了明顯的提高，浸水后抗壓強(qiáng)度僅小幅降低，強(qiáng)度損失比在12%～28%，水穩(wěn)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(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

3.3.3 成型壓力對固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

對水泥摻量為5%，固化劑摻量為0.02%，進(jìn)行了不同成型壓力的固化土28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，各試驗(yàn)均是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

表6 不同成型壓力固化土試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)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(jié)更牢固，固化土抗壓強(qiáng)度越高，當(dāng)試件的密度達(dá)到最大干密度后，即使試件成型壓力增大，固化土的強(qiáng)度增加也不明顯。

3.4 經(jīng)濟(jì)性比較

為對比分析固化土和水泥土的經(jīng)濟(jì)性，對相同試驗(yàn)渠道底板（計(jì)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(jià)進(jìn)行比較分析。

工程應(yīng)用造價(jià)對比結(jié)果表7表明：在保證固化土強(qiáng)度和抗?jié)B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(wěn)定性，每立方米壓實(shí)土材料費(fèi)節(jié)省15元，工程造價(jià)降低約13%。

表7 不同配比固化土造價(jià)比較

4 工程應(yīng)用

為驗(yàn)證室內(nèi)固化土配合比的有效性，將固化土試驗(yàn)成果應(yīng)用于桂平金田灌區(qū)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(shí)，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(jī)攤鋪平整，最終碾壓成型，并覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)7 d。渠道底板固化施工完后，在渠底取樣進(jìn)行28 d抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B試驗(yàn)，試件28 d抗壓強(qiáng)度為2.1 MPa，滲透系數(shù)為5.6×10-7cm/s，滿足渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范（SL18-2004）的要求。

5 結(jié)論

通過對CHF土壤固化劑加固土的試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

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

（2）固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度受固化劑摻量、成型壓力、水泥摻量、養(yǎng)護(hù)方式等多種因素的影響。水泥摻量是影響固化土強(qiáng)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(jià)，仍是下一步需要重點(diǎn)研究的技術(shù)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(shù)工程的防滲要求，固化土的耐久性和水穩(wěn)定性限制了其工程的應(yīng)用范圍，需要在工程實(shí)踐中不斷改進(jìn)和提高，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

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（責(zé)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(xiàng)目（201520）

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