固土劑穩(wěn)定土路面基層材料的性能與應(yīng)用研究
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
2.4 QJ型固化劑穩(wěn)定土的劈裂強度
劈裂強度是半剛性基層設(shè)計及反映其抗裂性能的重要指標(biāo),QJ型固化劑穩(wěn)定土劈裂強度的大小直接影響著這種土的路用技術(shù)性質(zhì),當(dāng)劈裂強度高時,基層裂縫少,防水性和抗?jié)B透性強,能減少面層的裂縫產(chǎn)生,本次研究采用的QJ型固化劑穩(wěn)定土配合比為：土：石=50：50，QJ型固化劑的摻量為頁巖土質(zhì)量的10%，其測試的QJ型固化劑穩(wěn)定土的劈裂強度如表4。
表4 QJ型固化劑穩(wěn)定土劈裂強度試驗結(jié)果
試驗條件 測前未浸水 測前浸水1 d
齡期/ d 90 180 90 180
劈裂強度/MPa 0.30 0.40 0.25 0.37
從表4可以看出，隨著齡期的增長，劈裂強度逐漸增大，測前浸水1 d后測得的抗拉強度比未浸水的抗拉強度有所降低，90 d的浸水（1 d）的試件劈裂強度比未浸水的劈裂強度降低了16.7%,180 d的浸水(1 d)的劈裂強度比未浸水的劈裂強度降低了7.5%,這就說明隨著齡期的延長,QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土的水穩(wěn)性越來越好。
2.5 QJ型固化劑穩(wěn)定土的抗凍性
通過低溫凍融試驗，了解QJ型土壤固化劑的混合料在低溫條件下的抵抗凍融能力。把成型試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護至規(guī)定齡期，在-20℃條件下凍24 h，然后在（20±3）℃，相對濕度≥90%條件下放置48 h，為一次凍融循環(huán)，試驗共5次凍融循環(huán)，每次凍融循環(huán)后觀察試件表面是否有起皮、裂紋、散粒等破壞現(xiàn)象。經(jīng)過5次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失百分率與凍融前后試件的抗壓強度之比值（耐凍系數(shù)）表征其耐久性。QJ型固化劑穩(wěn)定土與QY型結(jié)合料穩(wěn)定土的試驗結(jié)果見表5。
表5 QJ型固化劑與QY穩(wěn)定土凍融試驗結(jié)果
齡期 5次循環(huán)后外表特征 凍融前后質(zhì)量/g 抗凍融質(zhì)量損失/% 強度/MPa 凍融系數(shù)
凍前 5次凍后 凍前 5次凍后
QJ 7 d 無脫皮、散粒、泥化等現(xiàn)象 2034 2028 0.29 2.0 1.78 0.89
28 d 無脫皮、散粒、泥化等現(xiàn)象 2029 2025 0.25 3.1 2.8 0.90
QY 7 d 第三個循環(huán)進開始出現(xiàn)輕微脫皮、泥化現(xiàn)象，以后繼續(xù)增多 2027 1895 6.51 1.72 1.16 0.67
28 d 第三個循環(huán)進開始出現(xiàn)輕微脫皮、泥化現(xiàn)象，以后繼續(xù)增多 2032 1903 6.35 2.9 2.0 0.69
從表5可以看出,QJ型固化劑穩(wěn)定土的耐凍必比QY型結(jié)合料穩(wěn)定土的耐凍性要好得多,這是因為QJ型固化劑在QY結(jié)合料的基礎(chǔ)上多摻了一種羧基化合物添加劑,固化劑在與土的作用過程中充分與土粒粘合,使穩(wěn)定土的防凍性、抗?jié)B性、耐久性大提高。
2.6 QJ型固化劑穩(wěn)定土抗壓回弱模量
抗壓回彈模量是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要參數(shù)，它反映路面結(jié)構(gòu)層的強度。試驗按《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTJ057—94）之規(guī)定進行，試件成型后標(biāo)養(yǎng)6 d，浸水1 d，測得QJ型固化劑穩(wěn)定土的抗壓回彈模量為185 Mpa。標(biāo)養(yǎng)90 d后，測得其抗壓回弱模量為560 Mpa。說明QJ型固化劑穩(wěn)定土的抗壓回彈模量隨著齡期的增長，抵抗破壞的能力亦地增強。
3 QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土強度形成機理
QJ型土壤固化劑是一種粉狀產(chǎn)品，可分為主劑和添加劑兩大部分，主劑由水泥、石灰等材料組成，添加劑主要由羧基化合物及有較強混合能力的胺基碘酸類等高聚物組成。固化劑加入土中，在土壤與固化劑混合初期，固化劑與土顆粒發(fā)生一系列的反應(yīng)，生成新的結(jié)晶體和土壤組成密實的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中添加劑起著類似催化劑的核心作用，從而改善土的空間結(jié)構(gòu)，提高土的工程性質(zhì)，這些反應(yīng)包括化學(xué)反應(yīng)、物理化學(xué)反應(yīng)、物理力學(xué)反應(yīng)[4]等。
（1）化學(xué)反應(yīng)
在化學(xué)反應(yīng)中，主要包括固化劑顆粒自身的化學(xué)反應(yīng)、固化劑顆粒與土顆粒之間的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)導(dǎo)致土中產(chǎn)生新的結(jié)晶體，從而形成一個新的空間網(wǎng)，使得土體結(jié)構(gòu)由原來簡單的僅僅依靠液相膜吸引的凝聚結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成復(fù)雜的結(jié)晶——縮合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)晶—縮合結(jié)構(gòu)，通過結(jié)晶體之間的化學(xué)相互作用而提高土體自身的強度和剛度。
（2）物理力學(xué)反應(yīng)
物理力學(xué)反應(yīng)主要包括粉碎土體、拌和及壓實混合料（土體與固化劑），通過這些機械力學(xué)反應(yīng)來加速土體與固化劑的反應(yīng)。
（4）石灰、水泥產(chǎn)生的Ca(OH)2與土中的活性SiO2與Al2O3作用發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成強度較高水穩(wěn)定性良好的水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣等膠凝物，提高了穩(wěn)定土的強度和水穩(wěn)定性。
（5）石灰的Ca(OH)2晶體和水泥的水化產(chǎn)物增加了混合料的強度與水穩(wěn)性。| 當(dāng)固化劑加入土中后發(fā)生了上述一系列的物理化學(xué)作用，使QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土的強度隨齡期的增長而增長，水穩(wěn)性、耐凍性得以顯著提高。
4 工程應(yīng)用實例
室內(nèi)試驗表明QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土是一種具有良好物理—力學(xué)性能的路面基層材料，能滿足路面基層材料使用性能要求。在四川安岳縣水灌路試驗段[5]修筑的QJ型土壤固化劑穩(wěn)定碎石土作基層的試驗段，現(xiàn)已經(jīng)使用4年多，至今未出現(xiàn)破壞，使用性能良好；另外天岳路| 表6 3條試驗路段檢測結(jié)果
取芯路段 固化劑劑量% 鋪路日期 取芯日期 試驗日期 平均抗壓強度MPa 浸水后情況
永灌路K0+050~380 4 1999-12-19~28 2000-06-01 2000-06-07 2.65 筑路550d取芯,浸泡14d后試件中部斷裂
天岳路K1+400~K2+600 4.5 1999-12-30~2000-05-20 2000-06-02 2000-06-07 1.52 筑路153d取芯,浸泡39d后試壓強度1.56 MPa
文李路K22+220~850 5 2000-03-15~26 2000-06-03 2000-06-07 1.64 筑路80d取芯,浸泡37d后試壓強度1.40 MPa
通過試驗路段可以看出,QJ型土壤固化劑摻量不同時,其強度不同,隨著齡期的增長,QJ型固土劑穩(wěn)定碎石土的強度和水穩(wěn)性增強.根據(jù)現(xiàn)場使用的QJ型固土壤固化劑穩(wěn)定土進行的經(jīng)濟分析表明,QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土進行的經(jīng)濟分析表明,QJ型土壤劑穩(wěn)定碎石土作為路面基層比二灰穩(wěn)定碎石土作為路面基層節(jié)約成本30%左右,說明QJ型土壤固化劑穩(wěn)定碎石土作為路面基層材料具有良好的應(yīng)價值。
5 結(jié)論
通過本課題組的試驗研究，可得出以下結(jié)論：QJ型土壤固化劑作為一種新型膠結(jié)材料，具有較好的物理力學(xué)性能和抗凍融能力，造價低廉，施工簡單，在缺乏石料的地區(qū)QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土作為公路路基及路面基層材料是可行的，能滿足各種環(huán)境的公路路基及路面基層的要求，具有良好的運用前景。
劈裂強度是半剛性基層設(shè)計及反映其抗裂性能的重要指標(biāo),QJ型固化劑穩(wěn)定土劈裂強度的大小直接影響著這種土的路用技術(shù)性質(zhì),當(dāng)劈裂強度高時,基層裂縫少,防水性和抗?jié)B透性強,能減少面層的裂縫產(chǎn)生,本次研究采用的QJ型固化劑穩(wěn)定土配合比為：土：石=50：50，QJ型固化劑的摻量為頁巖土質(zhì)量的10%，其測試的QJ型固化劑穩(wěn)定土的劈裂強度如表4。
表4 QJ型固化劑穩(wěn)定土劈裂強度試驗結(jié)果
試驗條件 測前未浸水 測前浸水1 d
齡期/ d 90 180 90 180
劈裂強度/MPa 0.30 0.40 0.25 0.37
從表4可以看出，隨著齡期的增長，劈裂強度逐漸增大，測前浸水1 d后測得的抗拉強度比未浸水的抗拉強度有所降低，90 d的浸水（1 d）的試件劈裂強度比未浸水的劈裂強度降低了16.7%,180 d的浸水(1 d)的劈裂強度比未浸水的劈裂強度降低了7.5%,這就說明隨著齡期的延長,QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土的水穩(wěn)性越來越好。
2.5 QJ型固化劑穩(wěn)定土的抗凍性
通過低溫凍融試驗，了解QJ型土壤固化劑的混合料在低溫條件下的抵抗凍融能力。把成型試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護至規(guī)定齡期，在-20℃條件下凍24 h，然后在（20±3）℃，相對濕度≥90%條件下放置48 h，為一次凍融循環(huán)，試驗共5次凍融循環(huán)，每次凍融循環(huán)后觀察試件表面是否有起皮、裂紋、散粒等破壞現(xiàn)象。經(jīng)過5次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失百分率與凍融前后試件的抗壓強度之比值（耐凍系數(shù)）表征其耐久性。QJ型固化劑穩(wěn)定土與QY型結(jié)合料穩(wěn)定土的試驗結(jié)果見表5。
表5 QJ型固化劑與QY穩(wěn)定土凍融試驗結(jié)果
齡期 5次循環(huán)后外表特征 凍融前后質(zhì)量/g 抗凍融質(zhì)量損失/% 強度/MPa 凍融系數(shù)
凍前 5次凍后 凍前 5次凍后
QJ 7 d 無脫皮、散粒、泥化等現(xiàn)象 2034 2028 0.29 2.0 1.78 0.89
28 d 無脫皮、散粒、泥化等現(xiàn)象 2029 2025 0.25 3.1 2.8 0.90
QY 7 d 第三個循環(huán)進開始出現(xiàn)輕微脫皮、泥化現(xiàn)象，以后繼續(xù)增多 2027 1895 6.51 1.72 1.16 0.67
28 d 第三個循環(huán)進開始出現(xiàn)輕微脫皮、泥化現(xiàn)象，以后繼續(xù)增多 2032 1903 6.35 2.9 2.0 0.69
從表5可以看出,QJ型固化劑穩(wěn)定土的耐凍必比QY型結(jié)合料穩(wěn)定土的耐凍性要好得多,這是因為QJ型固化劑在QY結(jié)合料的基礎(chǔ)上多摻了一種羧基化合物添加劑,固化劑在與土的作用過程中充分與土粒粘合,使穩(wěn)定土的防凍性、抗?jié)B性、耐久性大提高。
2.6 QJ型固化劑穩(wěn)定土抗壓回弱模量
抗壓回彈模量是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要參數(shù)，它反映路面結(jié)構(gòu)層的強度。試驗按《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTJ057—94）之規(guī)定進行，試件成型后標(biāo)養(yǎng)6 d，浸水1 d，測得QJ型固化劑穩(wěn)定土的抗壓回彈模量為185 Mpa。標(biāo)養(yǎng)90 d后，測得其抗壓回弱模量為560 Mpa。說明QJ型固化劑穩(wěn)定土的抗壓回彈模量隨著齡期的增長，抵抗破壞的能力亦地增強。
3 QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土強度形成機理
QJ型土壤固化劑是一種粉狀產(chǎn)品，可分為主劑和添加劑兩大部分，主劑由水泥、石灰等材料組成，添加劑主要由羧基化合物及有較強混合能力的胺基碘酸類等高聚物組成。固化劑加入土中，在土壤與固化劑混合初期，固化劑與土顆粒發(fā)生一系列的反應(yīng)，生成新的結(jié)晶體和土壤組成密實的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中添加劑起著類似催化劑的核心作用，從而改善土的空間結(jié)構(gòu)，提高土的工程性質(zhì)，這些反應(yīng)包括化學(xué)反應(yīng)、物理化學(xué)反應(yīng)、物理力學(xué)反應(yīng)[4]等。
（1）化學(xué)反應(yīng)
在化學(xué)反應(yīng)中，主要包括固化劑顆粒自身的化學(xué)反應(yīng)、固化劑顆粒與土顆粒之間的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)導(dǎo)致土中產(chǎn)生新的結(jié)晶體，從而形成一個新的空間網(wǎng)，使得土體結(jié)構(gòu)由原來簡單的僅僅依靠液相膜吸引的凝聚結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成復(fù)雜的結(jié)晶——縮合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)晶—縮合結(jié)構(gòu)，通過結(jié)晶體之間的化學(xué)相互作用而提高土體自身的強度和剛度。
（2）物理力學(xué)反應(yīng)
物理力學(xué)反應(yīng)主要包括粉碎土體、拌和及壓實混合料（土體與固化劑），通過這些機械力學(xué)反應(yīng)來加速土體與固化劑的反應(yīng)。
（4）石灰、水泥產(chǎn)生的Ca(OH)2與土中的活性SiO2與Al2O3作用發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成強度較高水穩(wěn)定性良好的水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣等膠凝物，提高了穩(wěn)定土的強度和水穩(wěn)定性。
（5）石灰的Ca(OH)2晶體和水泥的水化產(chǎn)物增加了混合料的強度與水穩(wěn)性。| 當(dāng)固化劑加入土中后發(fā)生了上述一系列的物理化學(xué)作用，使QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土的強度隨齡期的增長而增長，水穩(wěn)性、耐凍性得以顯著提高。
4 工程應(yīng)用實例
室內(nèi)試驗表明QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土是一種具有良好物理—力學(xué)性能的路面基層材料，能滿足路面基層材料使用性能要求。在四川安岳縣水灌路試驗段[5]修筑的QJ型土壤固化劑穩(wěn)定碎石土作基層的試驗段，現(xiàn)已經(jīng)使用4年多，至今未出現(xiàn)破壞，使用性能良好；另外天岳路| 表6 3條試驗路段檢測結(jié)果
取芯路段 固化劑劑量% 鋪路日期 取芯日期 試驗日期 平均抗壓強度MPa 浸水后情況
永灌路K0+050~380 4 1999-12-19~28 2000-06-01 2000-06-07 2.65 筑路550d取芯,浸泡14d后試件中部斷裂
天岳路K1+400~K2+600 4.5 1999-12-30~2000-05-20 2000-06-02 2000-06-07 1.52 筑路153d取芯,浸泡39d后試壓強度1.56 MPa
文李路K22+220~850 5 2000-03-15~26 2000-06-03 2000-06-07 1.64 筑路80d取芯,浸泡37d后試壓強度1.40 MPa
通過試驗路段可以看出,QJ型土壤固化劑摻量不同時,其強度不同,隨著齡期的增長,QJ型固土劑穩(wěn)定碎石土的強度和水穩(wěn)性增強.根據(jù)現(xiàn)場使用的QJ型固土壤固化劑穩(wěn)定土進行的經(jīng)濟分析表明,QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土進行的經(jīng)濟分析表明,QJ型土壤劑穩(wěn)定碎石土作為路面基層比二灰穩(wěn)定碎石土作為路面基層節(jié)約成本30%左右,說明QJ型土壤固化劑穩(wěn)定碎石土作為路面基層材料具有良好的應(yīng)價值。
5 結(jié)論
通過本課題組的試驗研究，可得出以下結(jié)論：QJ型土壤固化劑作為一種新型膠結(jié)材料，具有較好的物理力學(xué)性能和抗凍融能力，造價低廉，施工簡單，在缺乏石料的地區(qū)QJ型土壤固化劑穩(wěn)定土作為公路路基及路面基層材料是可行的，能滿足各種環(huán)境的公路路基及路面基層的要求，具有良好的運用前景。
