王廣政 馬青娜 劉亞文

(解放軍理工大學(xué)，江蘇 南京 210007)

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CHF固化劑在軟土地基加固中的試驗(yàn)研究

王廣政 馬青娜 劉亞文

(解放軍理工大學(xué)，江蘇 南京 210007)

在分析CHF土壤固化劑固化特性和機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)南京地區(qū)道路粘性土壤進(jìn)行了固化試驗(yàn)，并研究了土壤穩(wěn)定土的路用性能，探討了CHF固化劑對(duì)土壤的改良效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，CHF固化劑可以有效減少石灰用量，提高CHF固化土的力學(xué)強(qiáng)度。

CHF土壤固化劑，地基，擊實(shí)試驗(yàn)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

利用土壤固化劑進(jìn)行軟土處理和地基加固，具有技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良、施工方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為工程建設(shè)中的常用手段。如何快速達(dá)到最佳固化效果，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，是當(dāng)前新型固化材料在道路軟土固化中的重要研究?jī)?nèi)容。本文通過(guò)選取南京地區(qū)典型土質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，研究CHF土壤固化劑加固土應(yīng)用工程建設(shè)的強(qiáng)度固化效果。

1 概述

CHF土壤固化劑是一種由強(qiáng)氧化劑、離子型高分子活化劑、分散劑和固化催化劑等有機(jī)組合形成的復(fù)合制劑[1]。作為一種環(huán)保型高效土工建筑材料，它與土粒接觸時(shí)能打開(kāi)土粒與水分子之間化學(xué)鍵來(lái)激發(fā)土粒自身的活力，使惰性土壤顆粒變成活性較強(qiáng)的土壤顆粒?？梢詮母旧细淖兺寥李w粒的結(jié)構(gòu)，徹底改變土壤膨脹、吸水的本性，增強(qiáng)水穩(wěn)性，達(dá)到防水、防滲、防漏的效果。與水泥、石灰等傳統(tǒng)固化材料共同使用時(shí)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)固化劑的各種缺陷和不足，充分解決道路脆化、開(kāi)裂等難題，提高復(fù)合固化土的最終強(qiáng)度[2]。

CHF土壤固化劑加固軟基的機(jī)理是：CHF土壤固化劑突破了以往固化劑成分單一的缺陷，與土壤作用后通過(guò)機(jī)械碾壓使復(fù)合固化土達(dá)到密實(shí)度，致使土粒毛細(xì)管中的水壓無(wú)法存在，內(nèi)壓降低，最終形成整體板塊結(jié)構(gòu)。原來(lái)的土壤毛細(xì)管中的結(jié)合水逐步被長(zhǎng)鏈大分子所置換，結(jié)合水變成自由水。其中所形成的部分凝聚物及晶體與分散的活性物質(zhì)填充了土壤的毛細(xì)孔。使活化劑不斷促進(jìn)交換作用的進(jìn)行，土壤表面和大分子顆粒接觸點(diǎn)形成不可逆的凝結(jié)，整個(gè)長(zhǎng)鏈變成了不溶于水的大分子。同時(shí)表面活化劑被滯于土壤表面及毛細(xì)管中，而它的強(qiáng)電荷及氫鍵與土粒表面發(fā)生吸附作用，使排列極性基團(tuán)朝向土粒疏水基向外，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)更加牢固，形成穩(wěn)定性極強(qiáng)的半剛性整體板塊。由此大幅度降低土壤的親水性，提高水穩(wěn)性。改變土壤的使用性能，達(dá)到符合固化土壤的最終目的[3]。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)固化土的擊實(shí)試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)等室內(nèi)試驗(yàn)，研究土壤固化劑穩(wěn)定土的路用性能，探討CHF固化劑在添加不同劑量石灰和養(yǎng)護(hù)期的情況下對(duì)土壤的改良效果。

2.2 試驗(yàn)材料

1)CHF土壤固化劑。本試驗(yàn)所用的固化劑為廣西柳州東風(fēng)恒基化工科技有限公司自主研發(fā)的環(huán)保高效固化劑(CHF)，常溫下為黑褐色液體，無(wú)沉淀物，不易燃；其經(jīng)濟(jì)用量約為0.02%。由于固化劑摻入量很小，為了精確控制摻入量，使固化劑與干土混合均勻，采用將固化劑稀釋后再往土中摻入的方法。使用時(shí)需要將固化劑濃縮液稀釋?zhuān)驹囼?yàn)采用的固化劑稀釋液濃度為1∶150。

2)試驗(yàn)用土。本試驗(yàn)用土取自南京城區(qū)當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘恼承酝?。依?jù)試驗(yàn)規(guī)程[4]，經(jīng)初步試驗(yàn)，確定其液限為39.6%，塑限為23.5%，塑性指數(shù)為16.2，含水率27%。

3)石灰。石灰選用南京本地生產(chǎn)的道用石灰，得出石灰的基本摻量為：密度0.51 g/cm3，CO2含量8%，鈣鎂含量83%。

2.3 試驗(yàn)方案

先進(jìn)行土樣及其配比試驗(yàn)，確定土樣的基本摻量和原材料的最佳配比。其次進(jìn)行性能試驗(yàn)：針對(duì)添加劑含量和養(yǎng)護(hù)期的影響因素，對(duì)試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)；通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，確定CHF土壤固化劑對(duì)土壤改良效果的總體規(guī)律。

根據(jù)CHF土壤固化劑的成本與土體的改性效果隨CHF配比的變化，綜合選定CHF土壤固化劑的最優(yōu)配合比為0.02%，加固土中石灰的配比分別為4%，6%和8%，通過(guò)石灰摻入量的不同來(lái)測(cè)試不同CHF加固土的性能。混合料的不同配合比例如表1所示。

表1 混合料的不同配合比 %

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范[5]，通過(guò)改變?cè)嚰B(yǎng)護(hù)期，以探究CHF土壤固化劑在養(yǎng)護(hù)期改變的條件下，對(duì)土壤又存在著怎樣的改良效果。齡期分別為3 d，5 d，7 d；采用對(duì)比試驗(yàn)方式，不同配比設(shè)計(jì)成4組。每一組按不同齡期均做3批，每一批6個(gè)試件，按不同時(shí)刻每個(gè)試件依次進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，在誤差允許范圍內(nèi)取每一組的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

3 擊實(shí)試驗(yàn)

通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定土樣的最佳含水率和最大干密度。參照規(guī)范[4]對(duì)土樣進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)前首先進(jìn)行燜料，按預(yù)定含水量制備試樣。在室溫下靜放12 h后進(jìn)行擊實(shí)。得出各種土樣的最佳含水率和最大干密度如表2所示。

表2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，素土的最佳含水率和最大干密度分別為16%和1.82 g/cm3；在加入CHF土壤固化劑后，隨著石灰含量的逐漸增加，最佳含水率和最大干密度逐漸降低。

4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是試件在不受任何約束限制的條件下所能承受的最大軸向應(yīng)力，能夠準(zhǔn)確地反映試件的強(qiáng)度特性。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范，采用靜力壓實(shí)方法制備試件，每個(gè)試件制備6個(gè)平行件。試件制備好后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生(溫度20 ℃，濕度98%),養(yǎng)生3 d，5 d和7 d，最后一天，將試件浸泡在常溫水中，水的深度應(yīng)使水面在試件頂上約2.5 cm。養(yǎng)生結(jié)束后，進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3，圖1所示。

由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：1)素土遇水崩裂，這說(shuō)明素土由于吸水過(guò)多，體積膨脹過(guò)多而導(dǎo)致遇水崩裂，水穩(wěn)定性差；而添加固化材料的土壤遇水后仍能保持原來(lái)的形狀，水穩(wěn)定性較好；2)摻

加了固化劑和石灰的固化土抗壓強(qiáng)度明顯高于素土，且隨著齡期的延長(zhǎng)而增加，接近正比關(guān)系，這說(shuō)明石灰和固化劑的混合料對(duì)土壤起到了很好的加固作用；3)摻加了固化劑的試樣，當(dāng)石灰用量為4%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度就已達(dá)到了1.436 MPa；隨著石灰用量的增加，固化效果在逐步提升，但含量在4%～6%之間的增長(zhǎng)幅度高于含量在6%～8%的，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，增加石灰的含量，對(duì)土壤的改良效果會(huì)顯著提高，但是不能盲目增加石灰用量，否則不僅使得固化效果沒(méi)有太大改善，同時(shí)也會(huì)增加固化材料的成本。

表3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

采用CHF土壤固化劑對(duì)南京城區(qū)粘性土壤進(jìn)行了室內(nèi)固化試驗(yàn)，得出了如下結(jié)論：1)CHF加固后的土壤，抗壓強(qiáng)度形成快，強(qiáng)度高，并且土壤固化性能與齡期呈一定正比關(guān)系；2)CHF土壤固化劑對(duì)試驗(yàn)用土效果較好，在石灰摻量較少的情況下即可滿(mǎn)足軟土地基加固的承載力要求；3)摻加一定量的石灰可明顯提高試件的力學(xué)強(qiáng)度。但隨著石灰用量的增加，性能改變趨于平緩。因此，工程實(shí)踐中，通過(guò)改變石灰用量，以進(jìn)一步提高其路用性能；同時(shí)還應(yīng)考慮地基實(shí)際承載性和經(jīng)濟(jì)性要求，適當(dāng)調(diào)控石灰用量，使其達(dá)到最佳效能比；可見(jiàn)，CHF土壤固化劑固化土壤時(shí)，固化效果顯著，用量少，環(huán)保節(jié)能，可降低工程造價(jià)，為工程建設(shè)中的軟基加固開(kāi)辟了可靠途徑[4]。

[1] 石 娜.CHF土壤固化劑在道路工程中的應(yīng)用技術(shù)研究[J].山東交通科技，2015(2):67-68.

[2] 柳州東風(fēng)恒基化工科技材料有限公司.新型CHF高分子復(fù)合離子土壤固化劑[Z].2015.

[3] DBJ/T 45—001—2015，復(fù)合固化土路面基層和底基層設(shè)計(jì)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] JTG E40—2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5] JTG E51—2009，公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

The test research on CHF curing agent in soft soil foundation reinforcement

Wang Guangzheng Ma Qingna Liu Yawen

(PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Based on analyzing the characteristics and mechanism of CHF soil curing agent, this paper made the curing test to road cohesive soil in Nanjing area, and researched the road performance of soil stabilized soil, discussed the improvement effect of CHF curing agent to soil, the test results showed that the CHF curing agent could effectively reduce the amount of lime, improved the mechanical strength CHF curing soil.

CHF soil stabilizer, foundation, compaction test, unconfined compression strength

1009-6825(2016)27-0072-02

2016-07-15

王廣政(1972- )，男，碩士，講師

TU472

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