摘 要：為探索工業(yè)廢渣作為土壤固化劑應用于低液限黏土路基道路工程建設的可行性，基于粉煤灰、尾礦、礦渣等工業(yè)廢渣制備了土壤固化劑。研究了消石灰、工業(yè)廢渣、P. F 32.5水泥固化劑摻和量（3%、4%）對低液限黏土7 d無側限抗壓強度和凝結時間的影響。結果表明：使用工業(yè)廢渣土壤固化劑固化低液限黏土的效果最佳;工業(yè)廢渣固化劑摻和量為3%時的改良土，7 d無側限抗壓強度大于消石灰固化劑摻和量為4%的改良土;P. F 32.5水泥固化劑不能有效固結弱膨脹土，不能形成穩(wěn)定的具有耐水性的固化體;對工業(yè)廢渣固化劑改良土延遲成型時間在24 h內的7 d無側限抗壓強度沒有不良影響，即對改良土最終強度無不良影響，利于施工工藝的改良及施工質量的控制。

關鍵詞：土壤固化劑;低液限黏土;無側限抗壓強度;凝結時間

中圖分類號：U416.1;U414 ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）1-0109-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.024

Construction Technology of Improved Soil with Industrial Waste Residue Soil Stabilizer

WANG Qiong

（The Fourth Engineering Co.， Ltd. of the Second Public Bureau of China Communications， Luoyang 471013，China）

Abstract：In order to explore the feasibility of using industrial waste as a soil curing agent in low-liquid limit clay roadbed and road construction， a soil curing agent was prepared based on industrial waste such as fly ash， tailings， and slag. The effects of slaked lime， industrial waste residue and P. F 32.5 cement curing agent （3%， 4%） on the 7-d unconfined compressive strength and setting time of low liquid limit clay were studied. The results show that the use of industrial waste soil solidifying agent to solidify low-liquid limit clay is the best; when the content of industrial waste solidifying agent is 3%， the 7 d unconfined compressive strength is greater than that of hydrated lime solidifying agent. 4% modified soil; P. F 32.5 cement curing agent can not effectively consolidate weak expansive soil， and cannot form a stable water-resistant solidified body; industrial waste curing agent modified soil has no side of 7 days within 24 h. The limited compressive strength has no adverse effect， that is， it has no adverse effect on the final strength of the improved soil， which is conducive to the improvement of construction technology and the control of construction quality.

Keywords： soil stabilizer;low liquid limit clay; unconfined compressive strength; setting time

0 引言

隨著工程質量的提高，工程建設各個環(huán)節(jié)的質量都受到重視，路基是公路工程建設的基礎，是影響工程最終質量的重要因素[1]。低液限黏土液限低，塑性指數(shù)小，CBR值和強度低，水穩(wěn)定性差，在施工時壓實較難。若直接將其作為路床、底基層修筑填料，可能會因為穩(wěn)定性和強度不足而導致路基出現(xiàn)不同程度的病害。因此，如何對低液限黏土進行改良，使改良后的低液限黏土能滿足路床、底基層的技術標準需要進一步的研究[2]。若處理不當，會造成資源浪費，增加施工成本[3-4]。因此，選取適用于低液限土的土壤固化劑尤為重要。

1 工業(yè)固廢土壤固化劑應用現(xiàn)狀

目前，國內常用于低液限黏土固化的土壤固化劑為石灰[4]和水泥[5]。由于我國經(jīng)濟以及工業(yè)迅速發(fā)展，工業(yè)固廢渣堆存量大、產生量大[6]，給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。2020年，大宗固廢綜合利用率達到55%，比2015年提高5個百分點，“十三五”期間，累計綜合利用各類大宗固廢約130億t，減少占用土地超過66 667 hm2，資源環(huán)境和經(jīng)濟效益顯著。但是，目前國內大宗固廢累計堆存量600億t，年新增堆存量近30億t，其中，鋼渣、磷石膏、赤泥等固廢利用率仍較低。

目前，利用工業(yè)廢渣制備土壤固化劑技術越來越受到重視[7-8]，工業(yè)廢渣作為固化劑可以固化軟土，節(jié)約固化工作所投入的成本[9]。因此，若使用工業(yè)廢渣作為土壤固化劑，不僅能夠實現(xiàn)對路基土的改良，加快施工進度[10]，還能夠起到保護生態(tài)環(huán)境的作用，應用前景樂觀。

筆者分析評價工業(yè)廢渣、消石灰和P. F 32.5水泥土壤固化劑對低液限黏土的改良效果，通過無側限抗壓強度試驗和凝結時間試驗，選取合理摻和量的固化劑，從而為土壤固化劑改良低液限黏土的生產實踐提供理論依據(jù)。

2 工業(yè)固廢土壤固化劑分類及作用機理

2.1 土壤固化劑分類

土壤固化劑屬于一種新型的綠色建筑材料，其施工簡單且工程適應性高，提高了施工效率，減少了社會資源的利用，有效保護了生態(tài)環(huán)境。土壤固化劑根據(jù)其外觀形態(tài)，可以分為液體固化劑和粉狀固化劑;按照主要膠結料組分可以分為無機類、有機類、生物酶類固化劑和離子類固化劑等四類[11-13]。

無機類土壤固化劑為粉體固化劑，大多是通過水泥、粉煤灰、工業(yè)廢料等無機材料和某些酸、堿、鹽類激發(fā)劑（如氯鹽、硫酸鹽、氫氧化鈉等），或者含有表面活性劑的激發(fā)劑制備而成。有機類固化劑溶液與土壤混合后，親水基團通過氫鍵及陽離子交換作用與土顆粒形成緊密的連接結構。生物酶類土壤固化劑是由有機質發(fā)酵而成的多酶基產品，其對土壤的固化主要是通過物理催化作用，固化劑加入土壤中后，附著于土壤顆粒內部，與土壤中的金屬陽離子交換，提高了土壤的黏聚性，改變了土壤的原始結構，提高了土壤的抗?jié)B性，與大量的有機分子結合成中間有機物，降低了水的表面張力，填充材料內部孔隙，增加土體顆粒間的凝聚程度和相互作用力。離子土壤固化劑融入水中后離子化，形成大量的陰陽離子，將其加入土壤中時，其內部帶電荷的離子與土壤顆粒表面吸附的陽離子進行離子交換，降低了土壤顆粒之間的排斥力，顆粒相互靠近，聚集形成更大的土壤顆粒[10]。

2.2 土壤固化劑作用機理

工業(yè)廢渣作為土壤固化劑的反應機理是：改變土壤顆粒表面電性，降低土壤顆粒間的排斥力，增大土壤顆粒間的吸附力。通過物相水化和協(xié)同水化作用將土壤中的自由水固化為結合水，降低自由水含量，形成結構膠凝物，穿插在土壤顆?？障堕g形成強度骨架，提高土壤的承載性能。

工業(yè)廢渣土壤固化劑改良土工法原理如下：

①物相水化作用

硅酸三鈣：2 C3S+6 H2O→C3S2H3+3 CH

硅酸二鈣：2 C2S+4H2O→C3S2H3+CH

鋁酸三鈣：C3A+6 H2O→C3AH6

鐵鋁酸四鈣：C4AF+7 H2O→C4AFH7

②協(xié)同水化作用

3C3A+3CaSO4+32H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32 H2O

③離子交換作用

Ca2+→ Na+、H+、K+

3 試驗

3.1 試驗材料

3.1.1 試驗用土。某高速公路全長148.841 km，地質情況復雜;路基填筑取土多在坑塘等地勢低洼處，土壤天然含水量大，塑性指數(shù)高，為黏性土質，且部分為弱膨脹土。為滿足設計要求和加快施工進度，采用改良劑進行處治，提高填土承載比值（CBR），并使黏質土砂化，降低其液塑限，以便于施工。該高速項目1～7標路基用土土質類型為低液限土，其基本參數(shù)如表1所示。

3.1.2 工業(yè)固廢土壤固化劑。路床80 cm范圍內摻水泥或固化劑處治，其中路床上部40 cm摻4%水泥或4%固化劑，路床下部40 cm摻3%水泥或3%固化劑。水泥及固化劑的劑量為參考劑量，具體劑量根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，要求摻水泥、固化劑處治后路床上部40 cm填料的承載比值（CBR）不小于8%，路床下部40 cm填料CBR值不小于5%，漲縮總率均小于0.7%。

工業(yè)固廢土壤固化劑主要由粉煤灰、尾礦、礦渣等工業(yè)廢渣，經(jīng)研磨加工而成。根據(jù)基土的類型和性質，適當調整配比，通過試驗數(shù)據(jù)與成本分析，選用最適宜的配比和摻和量。工業(yè)廢渣土壤固化劑主要技術指標見表2，工業(yè)廢渣土壤固化劑改良土的主要技術指標見表3。

3.2 試驗過程

3.2.1 工業(yè)廢渣土壤固化劑生產工藝。首先，將粉煤灰、尾礦、礦渣等原材料按照一定比例混合并烘干至含水率小于5%，然后，研磨至規(guī)定細度，即可得到工業(yè)廢渣土壤固化劑。

3.2.2 室內試驗研究。分別利用消石灰、P. F 32.5水泥以及工業(yè)廢渣作為固化劑對該高速1～7標路基土進行改良，并對改良土進行7 d無側限抗壓強度試驗以及凝結時間試驗。

無側限抗壓強度作為道路材料的控制條件，是土體力學性質主要參考指標。無側限抗壓強度能有效評價土在抵抗軸向壓力時的極限強度。按照《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）中規(guī)定的方法，對土樣進行無側限抗壓試驗。無側限抗壓強度試驗所需試樣一般通過靜壓法或擊實法制取。凝結時間試驗是按照規(guī)范中的試驗方法測定土壤固化劑初凝與終凝時間。

4 結果分析

針對該高速項目的路基土固化劑主要選取消石灰與工業(yè)廢渣，改良土無側限抗壓強度試驗如表4所示。由表4可知，該高速1～7標路基土均為低液限黏土，2、7標用土為弱膨脹土，工業(yè)廢渣土壤固化劑改良土7 d無側限抗壓強度要高于消石灰改良土，說明工業(yè)廢渣土壤固化劑對弱膨脹土的固化效果要好于消石灰;改良材料對不同土質類型的固化效果有所差異，但同種土相同摻和量時，工業(yè)廢渣土壤固化劑改良土的7 d無側限抗壓強度均大于石灰改良土;1～3標改良土數(shù)據(jù)對比可知，3%摻和量的工業(yè)廢渣土壤固化劑穩(wěn)定土的7 d無側限抗壓強度均大于4%摻和量的石灰穩(wěn)定土強度。

對該高速項目7標用弱膨脹土分別摻和P. F 32.5的水泥和工業(yè)廢渣，其試驗結果如表5和表6所示。由表5和表6可知，對該項目7標的弱膨脹土采用摻和量為3%、4%水泥改良，無論立即成型，還是延遲4 h、8 h、24 h成型，經(jīng)過6 d標準養(yǎng)護后泡水1 d，試件均被泡散，不能進行強度檢測。表明此P.F 32.5不能有效固結該土，不能形成穩(wěn)定的具有耐水性的固化體。摻和量為4%的工業(yè)廢渣土壤固化劑立即成型的固化土7 d無側限抗壓強度達到1.0 MPa，延遲4 h的達到 1.13 MPa，延遲8 h的為 1.23 MPa，延遲24 h的為1.27 MPa。說明延遲成型時間在24 h內，對固化劑改良土的7 d無側限抗壓強度沒有不良影響，可以證實固化劑改良土從拌和到碾壓的施工過程控制在24 h內，對最終強度沒有不良影響，這對施工工藝的改良及施工質量的控制十分有利。

5 結論

筆者分析評價工業(yè)廢渣、消石灰和P. F 32.5水泥土壤固化劑對低液限黏土的改良效果，通過無側限抗壓強度試驗和凝結時間試驗，選取合理摻和量的固化劑，得到的結論如下。

①同等摻和量的工業(yè)廢渣與消石灰作為低液限黏土固化劑時，工業(yè)廢渣改良土的7 d無側限抗壓強度要高于消石灰改良土，3%摻和量的工業(yè)廢渣土壤固化劑改良土的7 d無側限抗壓強度大于4%摻和量的石灰改良土強度，說明工業(yè)廢渣土壤固化劑對弱膨脹土的固化效果要好于消石灰。

②摻和量為3%和4%的P. F 32.5水泥改良土不可進行強度檢測，因此P. F 32.5水泥不適用于低液限黏土的固化劑。

③4%摻和量工業(yè)廢渣土壤固化改良土延遲4 h的強度達到1.13 MPa，延遲8 h的強度為 1.23 MPa，延遲24 h的強度為1.27 MPa。因此，工業(yè)廢渣固化劑對改良土在延遲成型24 h內的7 d無側限抗壓強度沒有不良影響，即對改良土的最終強度無不良影響，有利于施工工藝的改良及施工質量的控制。

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收稿日期：2021-12-05

作者簡介：王瓊（1989—），男，本科，工程師，研究方向：道路與橋梁施工。

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