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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
[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：
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[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）