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固化液改良粉土性能的室内试验研究

作者:朱建德




  [摘 要]介绍固化液改良粉土室内试验的准备工作、配制小试件和确定配比的过程,通过试验确定固化液生料加入量为湿土重的3﹪,水泥加入量为湿土重的3﹪,交联剂加入量为0.9ml/100g,催化剂的加入量为1.8ml/100g,达到最佳效果。
  [关键词]固化液 土质改良 室内试验
  
  粉土由于没有粘聚力或粘聚力相当小,渗透系数比较小,不足以在第二次荷载施加之前把孔隙水压力全部消散掉,具有积累孔隙水压力并使强度完全丧失的内部条件,易发生震动液化。在我国的华东、西南、华北等地区分布有大量的粉土,有很多铁路、公路穿越粉土地区,由于粉土的液化变形导致许多铁路、公路被破坏,给国家带来巨大的经济损失。为了减轻粉土地区的灾害,国内外学者对粉土进行了改性研究,对粉土病害的治理方法基本上是向粉土内灌注水泥浆、灰土封顶等,这些方法只适合于小范围的治理,不能适用于粉土地区的大面积使用,尤其是对高边坡、高路堤,无论是从出路方法上,还是从技术成本上均不合适。本文介绍一种新型固化材料,利用该固化材料改善粉土的性能,既便于机械化施工,又能够显著提高土体的强度及抗渗性能。
  该固化液为一种新型的高分子土工聚合材料,液状,可溶于水,密度为1.1g/cm3,PH值为6.0~6.5,黏度为4.0厘泊,反应后形成不溶于水的凝胶体,它依靠材料中分子间的聚合反应,形成立体网状结构,将土颗粒紧紧联结成一个整体,从而改善粉土的基本性能,使粉土具半刚半柔特性,强度及抗渗性能显著提高。另外,利用该固化液改良后的粉土,在韧性方面的性能更是其他刚性材料所不能及的。在路基产生不均匀沉降时,它能伴随产生一定的形变而不发生脆性断裂,从而大大延长了改良后基床的使用寿命,并使基床封闭面的整体性能得到保证。
  P.P.T高分子聚合筑路剂是一种新型高分子土工聚合材料,液状,可溶于水,反应后形成不溶于水的凝胶体,它依靠材料中分子间的聚合反应,形成立体网状结构,将土颗粒紧紧连结成一个整体,改善天然土的基本性能,使土体具半刚半柔特性,强度及抗渗性能显著提高,可广泛应用于公路、铁路、堤坝及工业与民用建筑等领域内土体改良工程中。
  
  (一)室内试验
  
  1.天然土的物理力学指标及粒度成分。
  (1)工程地质特性。试验用土样选自京广铁路K375+260处,依据《铁路工程土工试验方法》测出该土样天然含水量14.87%,土粒比重2.78,最佳含水量15.5%,最大干密度1.66g/cm3,无侧限抗压强度53KPa;直剪强度指标C=45 KPaФ=23.5。
  (2)粒度成分及成果分析。对土样进行筛分和比重计分析后,各种粒径颗粒百分含量见表1。
  
  从上表看出,该土粉粒0.05~0.005 mm含量占53.88%,粘粒小于0.005mm含量占17.35%,中细砂0.5~0.05mm含量占28.08%。粉粒含量大于砂粒,根据颗粒含量定名规定,应定名为粉质轻亚黏土,习惯上称作粉土。
  2.选择配比。
  通过室内试验进行配比的选定过程,主要根据天然土质的各项技术指标,确定固化液的渗入量,按照不同渗入量,分别做出相应的小试试件,然后通过测试小试试件的各项技术指标,从中选定最合理的材料配比。
  (1)准备工作。取天然扰动土适量,并配成试验土样,含水量控制在最佳含水量的75%左右,按重量比再加入3%的水泥(根据试验情况看,矿渣水泥效果较好)搅匀待用。取小塑料桶一个,装入酸碱度为中性的饮用清水,然后根据固化液的配比,计算出原料及地材的数量,并顺序加入盛水的桶中,以木棒搅匀,待充分反应,沉淀半小时待用,取得固化液生料。分别取交联剂及催化剂,按照各自不同的浓度分别加水,充分溶解,配成水溶液,并分别装桶。注意催化剂配完后应立即封口,避免发生过度的氧化还原反应,影响材料的使用效果。
  (2)配制小试试件。用天平称取试验土样200g,然后再用天平称取固化液生料,用移液管分别取交联剂及催化剂,逐个顺序加入,并逐个搅拌,形成固化液熟料。注意每种溶剂均应有专用的移液管,以防溶剂间彼此发生反应。最后,将固化液熟料加入土中,搅拌均匀,迅速灌入标准击实试验仪,按照土工试验方法进行标准击实,然后取出聚合土小试件自然养护一定时间。重复以上过程,制成不同配比的聚合土小试件,自然养护一定时间待测。
  (3)确定配比自然养护后,对制取的聚合土小试件及素土试件分别测试其物理力学性能,测试结果见表2。
  
  根据测试结果分析,编号6的小试件养护后的无侧限抗压强度较理想,达到了420KPa,渗透系数极小,K=3.34×10-6cm/s,而且浸水不崩解,达到最佳效果,所以,选定此配比方案为施工用配合比。
  
  (二)结论
  
  (1)固化液生料加入量为湿土重的3%,水泥加入量为湿土重的3%,交联剂加入量为0.9ml/100g,催化剂的加入量为1.8ml/100g,按照此配比方案处理的粉土,效果最好。
  (2)用固化液改良后的土体,强度高,抗渗能力强,可以从根本上解决水害对基床土体的破坏。
  
  参考文献:
  [1]庞士荣.软土路基加固方法综述[J].路基工程,1995,(2).
  [2]祝和权,杨殿文.铁路路基病害整治及化学加固材料研究进展[J].中国铁道科学,2000,(6)
  [3]雷胜友,惠会清.固化液改良膨胀土性能的实验研究[J].岩土工程学报,2004,(9)