寒冷地區(qū)公路新型基層材料分析
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論文導(dǎo)讀:：本文系統(tǒng)試驗研究了Base Seal加固劑加固土在最佳配合比下的無側(cè)限抗壓強度、水穩(wěn)定性、凍穩(wěn)定性等路用性能指標，分析了土壤加固劑加固土的強度形成機理。結(jié)果表明Base Seal土壤加固劑加固土是一種適合東北寒冷地區(qū)的優(yōu)良的公路基層材料。
論文關(guān)鍵詞：寒冷地區(qū)基層材料，土壤加固劑，路用性能
1Base Seal固化劑加固土強度形成機理
Base Seal固化劑屬于離子類固化劑，無色水溶性液體，按設(shè)計配比摻入水中后形成水溶液寒冷地區(qū)基層材料，用水稀釋后迅速離子化，在土壤中固化形成膠結(jié)體，發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)導(dǎo)致土壤的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成新的結(jié)晶體，使得土體結(jié)構(gòu)由原來簡單的凝聚結(jié)構(gòu)變成復(fù)雜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，正是通過這些新的結(jié)晶體之間的相互作用使得固化劑加固土的強度得到大幅度提高。其次寒冷地區(qū)基層材料，通過Base Seal固化劑在土壤中的作用，使土壤固化劑中離子之間的相互作用來改變土壤表面的電荷特性，有效的降低土壤吸水率，提高土壤密度，使其具有較高的抗?jié)B性和耐久性。
2試驗材料
2.1 BaseSeal土壤固化劑論文網(wǎng)。材料符合工程環(huán)保要求，無毒無味。
2.2 石灰。本試驗采用符合工程標準的三級石灰，有效鈣鎂含量達到59%。
2.3土。取自吉林省伊遼高速公路取土場寒冷地區(qū)基層材料，相應(yīng)的性質(zhì)分析如表：
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液限wl/% 塑限Wp/% 塑性指數(shù)Ip |
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37.2 21.8 15.4 |
2.4 水泥。32.5級PC水泥。
2.5 水論文網(wǎng)。自來水，滿足工程要求。
3 Base Seal固化劑固化土路用性能分析
3.1 固化土最佳配合比的確定
首先分別對石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土做了不同固化劑摻量及配合比的試驗，以確定Base Seal固化劑穩(wěn)定土的最佳配合比及不同劑量固化劑穩(wěn)定土的物理力學(xué)特點，按《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料實驗規(guī)程》（JTG E51-2009）成型試件，標準養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度20℃±2℃，測定其7d飽水無側(cè)限抗壓強度寒冷地區(qū)基層材料，配合比設(shè)計方案及試驗結(jié)果見表1和表2。
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配合比方案 |
石灰摻量（%） 2 2 2 4 4 4 6 6 6 |
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固化劑摻量（%） 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 |
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7天飽水無側(cè)限抗壓強度（Mpa) 0.87 0.96 1.00 1.41 1.54 1.41 1.52 1.46 1.47 |
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表1 石灰、固化劑穩(wěn)定土7天飽水無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果
表2水泥、固化劑穩(wěn)定土7天飽水無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果
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配合比方案 |
水泥摻量（%） 2 2 2 3 3 3 4 4 4 6 6 6 |
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固化劑摻量（%） 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 |
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7天飽水無側(cè)限抗壓強度（Mpa) 0.80 0.94 0.90 1.19 1.27 1.32 1.28 1.34 1.43 1.49 1.52 1.53 |
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從表1和表2的試驗結(jié)果看到：摻加Base Seal固化劑和石灰的加固土比摻加Base Seal
固化劑和水泥的加固土固化效果好。而通過分析摻加Base Seal固化劑和石灰的加固土的試驗數(shù)據(jù)得到：石灰摻量為2%的BaseSeal固化劑加固土的7d飽水無側(cè)限抗壓強度值較低，最大值為1.00Mpa；從石灰摻量為4%和6%的Base Seal固化劑加固土的試驗數(shù)據(jù)中看到，7d飽水無側(cè)限抗壓強度值并不是隨著石灰摻量和固化劑摻量的增加而有所提高，相反對于石灰摻量為6%的加固土，無側(cè)限抗壓強度值隨固化劑摻量的提高而降低，對于石灰摻量為4%的加固土，當固化劑增加到一定程度之后寒冷地區(qū)基層材料，無側(cè)限抗壓強度隨固化劑摻量的提高而降低。對比兩種不同石灰摻量的加固土抗壓強度數(shù)據(jù)看到，顯然石灰摻量4%的加固土固化效果較好。同時我們發(fā)現(xiàn)石灰摻量4%的加固土在固化劑為0.24%時強度較大，此后強度增長緩慢，即試件的無側(cè)限抗壓強度隨著固化劑摻量的增加，并沒有顯著的增長，所以考慮到經(jīng)濟性等方面因素，以下試驗中選擇：土+石灰（4%）+固化劑（0.24%）的配合比方案做為最佳配合比。
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固化土配合比 無側(cè)限抗壓強度（Mpa) |
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石灰摻量 固化劑摻量 7d 28d 90d |
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4% 0 .24% 1.42 2 .08 3.10 |
3.2固化劑加固土的無側(cè)限抗壓強度試驗
按照無側(cè)限抗壓強度試驗標準成型試件寒冷地區(qū)基層材料，壓實度控制在98%論文網(wǎng)。成型后的試件在20℃±2℃、相對濕度≥95%的恒溫恒濕中養(yǎng)生。本次試驗分別進行了Base Seal固化劑加固土的7d、28d和90d的飽水無側(cè)限抗壓強度測定。
試驗結(jié)果如表3所示。
從表3中可以看到，Base Seal固化劑有利于提高加固土的早期強度，養(yǎng)生齡期7d時的無側(cè)限抗壓強度即可達到JTJ034-2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》中要求強度（0.8Mpa）的1.8倍，而在四平地區(qū)同等劑量的石灰穩(wěn)定土7d時的無側(cè)限抗壓強度一般僅為0.8Mpa左右，這對于縮短工期，提高基層或底基層早期強度，具有十分重要的意義。從表上還可以看出Base Seal固化劑加固土的強度增長速度較快寒冷地區(qū)基層材料，而且其長期強度也較高，90d的無側(cè)限抗壓強度達到3.10Mpa。這使其作為基層或底基層材料，具有一定的優(yōu)越性。
3.3固化土抗凍性能試驗
固化土的抗凍性能試驗是測定固化土在水和負溫共同反復(fù)作用下的抵抗能力，對于寒冷地區(qū)基層材料等有重要意義論文網(wǎng)。
3.3.1 試驗方法
固化土的抗凍性試驗?zāi)壳斑�沒有統(tǒng)一標準，參考石料的直接凍融實驗方法，制定凍融循環(huán)試驗方案如下：按照無側(cè)限抗壓強度試驗標準成型試件，壓實度控制在98%。成型后試件在20℃±2℃寒冷地區(qū)基層材料，相對濕度≥95%的恒溫恒濕養(yǎng)護箱中養(yǎng)生28d，養(yǎng)生期最后一天，經(jīng)24h飽水后開始進行凍融循環(huán)試驗，即在-35℃的條件下冷凍24h，然后取出試件在20℃±2℃，相對濕度≥95%的恒溫恒濕箱中融化24h，此為一次凍融循環(huán)。試驗共進行五次循環(huán)寒冷地區(qū)基層材料，每次循環(huán)后觀察試件表面是否有起皮、裂紋、散粒、剝落等現(xiàn)象，并稱量其質(zhì)量，循環(huán)結(jié)束后進行無側(cè)限抗壓強度試驗，最后計算其耐凍系數(shù)。
3.3.2 試驗結(jié)果與分析
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試件 質(zhì)量損失 凍融前強度 凍融后強度 凍穩(wěn)定性系數(shù) |
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無保護試件 -0.8% 2.08Mpa 0.98Mpa 47.1% |
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有保護試件 0.91% 2.08Mpa 1.82Mpa 87.5% |
注：以上強度均為無側(cè)限抗壓強度
試驗過程中無保護的試件（不套塑料袋）質(zhì)量是有所增加的，質(zhì)量損失率為-0.8%，這是因為在融化過程中，試件吸收水分。有保護的固化劑加固土試件質(zhì)量損失率為0.91%寒冷地區(qū)基層材料，質(zhì)量只有少量損失，主要是由于試件上套有塑料袋，受到保護，在凍融過程中試件吸收的水分相對較少。由于試件在凍融試驗過程中不可避免的要吸收水分，故該試驗不能以質(zhì)量損失為參考指標，而應(yīng)該以強度損失為主要技術(shù)指標。
試驗測得其凍穩(wěn)定性系數(shù)約為87.5%，試驗后試件只有輕微橫縫和凍漲現(xiàn)象論文網(wǎng)。因而寒冷地區(qū)基層材料，Base Seal固化劑加固土具有很好的凍穩(wěn)定性，這對于提高潮濕寒冷地區(qū)路面抗凍穩(wěn)定性具有重要意義。
3.4 水穩(wěn)定性試驗
固化土用于寒冷潮濕東北地區(qū)的基層材料，土壤經(jīng)過固化以后長期遇水不會出現(xiàn)二次泥化現(xiàn)象是工程中必須解決的問題。
對Base Seal固化劑固化土試件標準養(yǎng)護7天后在水中浸泡不同試件觀察現(xiàn)象。
浸泡1天后：試件與飽水前幾乎沒有變化，試件完整堅硬。
浸泡7天后：試件完整堅硬，沒有泥化現(xiàn)象。
浸泡28天后：試件完整，試件表面有輕微軟化現(xiàn)象，試件依舊有很高的強度。
綜上所述寒冷地區(qū)基層材料，固化土在水的長期作用下強度損失小，不會出現(xiàn)二次泥化現(xiàn)象，水穩(wěn)定性好論文網(wǎng)。
3.5 固化劑加固土的劈裂試驗
穩(wěn)定土劈裂強度的大小直接影響著這種穩(wěn)定土的路用技術(shù)性質(zhì)，當劈裂強度高時，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)生寒冷地區(qū)基層材料，本試驗根據(jù)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009)的間接抗拉強度試驗方法進行操作，按照無側(cè)限抗壓強度試驗標準成型，試件成型的壓實度控制在98%。成型后的試件在20℃±2℃，相對濕度≥95%的恒溫恒濕養(yǎng)護箱中養(yǎng)生28d，養(yǎng)生期最后一天，經(jīng)24h飽水后在路面強度試驗儀上以1mm/min的速率測試其間接抗拉強度。
經(jīng)過試驗，得到Base Seal固化劑加固土的28d飽水測試結(jié)果為0.20Mpa寒冷地區(qū)基層材料，從該結(jié)果中可以看出此種固化劑穩(wěn)定土具有較高的間接抗拉強度，這對于實際工程來說，具有重要的意義。
5 結(jié)束語
從本試驗研究結(jié)果可以看到Base Seal固化劑做為一種新型的土壤固化類材料，其固化土具有較好的物理力學(xué)性能：
�。�1）早期強度高，強度增長迅速，此特點對于工程中縮短工期具有重要意義。
�。�2）長期強度高，且回彈模量值為415.02Mpa。說明Base Seal固化劑加固土抵抗破壞的能力較強。
（3）BaseSeal固化劑加固土的間接抗拉性能及凍穩(wěn)定性較好，28d間接抗拉強度達到0.20Mpa，凍穩(wěn)定系數(shù)達到87.5%論文網(wǎng)。
（4）水穩(wěn)定性好
綜上所述，Base Seal固化劑固化土特別適合東北寒冷地區(qū)及其氣候、土質(zhì)類似地區(qū)的道路工程應(yīng)用。采用貝賽爾固化劑對土壤進行固化，能使加固土獲得很好的抗凍性和水穩(wěn)定性，而且使加固土強度達到甚至超過普遍采用的穩(wěn)定砂石土基層，是一種適合東北寒冷地區(qū)的新型基層材料。這種材料避免開山采石，對生態(tài)環(huán)境的保護有重要意義。另外，可以就地取土，較采用砂石材料有很大的經(jīng)濟優(yōu)勢。
