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寒冷地区公路新型基层材料研究_寒冷地区基层材料

时间:2016-01-02 11:54 来源:第一论文网 作者:论文网 点击:
本文系统试验研究了Base Seal加固剂加固土在最佳配合比下的无侧限抗压强度、水稳定性、冻稳定性等路用性能指标,分析了土壤加固剂加固土的强度形成机理。结果表明Base Seal土壤加固剂加固土是一种适合东北寒冷地区的优良的公路基层材料。

  1Base Seal固化剂加固土强度形成机理

   Base Seal固化剂属于离子类固化剂,无色水溶性液体,按设计配比掺入水中后形成水溶液寒冷地区基层材料,用水稀释后迅速离子化,在土壤中固化形成胶结体,发生一系列的物理化学反应,这些反应导致土壤的结构发生变化,形成新的结晶体,使得土体结构由原来简单的凝聚结构变成复杂的结晶结构,正是通过这些新的结晶体之间的相互作用使得固化剂加固土的强度得到大幅度提高。其次寒冷地区基层材料,通过Base Seal固化剂在土壤中的作用,使土壤固化剂中离子之间的相互作用来改变土壤表面的电荷特性,有效的降低土壤吸水率,提高土壤密度,使其具有较高的抗渗性和耐久性。

   2试验材料

   2.1 BaseSeal土壤固化剂 。材料符合工程环保要求,无毒无味。
   2.2 石灰。本试验采用符合工程标准的三级石灰,有效钙镁含量达到59%。
   2.3土。取自吉林省伊辽高速公路取土场寒冷地区基层材料,相应的性质分析如表:  

液限wl/%  塑限Wp/%  塑性指数Ip
37.2  21.8  15.4

   2.4 水泥。32.5级PC水泥。
   2.5 水。自来水,满足工程要求。

   3 Base Seal固化剂固化土路用性能分析

   3.1 固化土最佳配合比的确定
   首先分别对石灰稳定土和水泥稳定土做了不同固化剂掺量及配合比的试验,以确定Base Seal固化剂稳定土的最佳配合比及不同剂量固化剂稳定土的物理力学特点,按《公路工程无机结合料稳定材料实验规程》(JTG E51-2009)成型试件,标准养护,养护温度20℃±2℃,测定其7d饱水无侧限抗压强度寒冷地区基层材料,配合比设计方案及试验结果见表1和表2。
  

配合比方案

石灰掺量(%) 2 2 2 4 4 4 6 6 6

固化剂掺量(%) 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30

7天饱水无侧限抗压强度(Mpa) 0.87 0.96 1.00 1.41 1.54 1.41 1.52 1.46 1.47

表1 石灰、固化剂稳定土7天饱水无侧限抗压强度试验结果
   表2水泥、固化剂稳定土7天饱水无侧限抗压强度试验结果
  

配合比方案

水泥掺量(%) 2 2 2 3 3 3 4 4 4 6 6 6

固化剂掺量(%) 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30 0.24 0.27 0.30

7天饱水无侧限抗压强度(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

从表1和表2的试验结果看到:掺加Base Seal固化剂和石灰的加固土比掺加Base Seal

   固化剂和水泥的加固土固化效果好。而通过分析掺加Base Seal固化剂和石灰的加固土的试验数据得到:石灰掺量为2%的BaseSeal固化剂加固土的7d饱水无侧限抗压强度值较低,最大值为1.00Mpa;从石灰掺量为4%和6%的Base Seal固化剂加固土的试验数据中看到,7d饱水无侧限抗压强度值并不是随着石灰掺量和固化剂掺量的增加而有所提高,相反对于石灰掺量为6%的加固土,无侧限抗压强度值随固化剂掺量的提高而降低,对于石灰掺量为4%的加固土,当固化剂增加到一定程度之后寒冷地区基层材料,无侧限抗压强度随固化剂掺量的提高而降低。对比两种不同石灰掺量的加固土抗压强度数据看到,显然石灰掺量4%的加固土固化效果较好。同时我们发现石灰掺量4%的加固土在固化剂为0.24%时强度较大,此后强度增长缓慢,即试件的无侧限抗压强度随着固化剂掺量的增加,并没有显著的增长,所以考虑到经济性等方面因素,以下试验中选择:土+石灰(4%)+固化剂(0.24%)的配合比方案做为最佳配合比。
  

固化土配合比 无侧限抗压强度(Mpa)

石灰掺量 固化剂掺量 7d 28d 90d

4% 0 .24% 1.42 2 .08 3.10

  3.2固化剂加固土的无侧限抗压强度试验
   按照无侧限抗压强度试验标准成型试件寒冷地区基层材料,压实度控制在98%。成型后的试件在20℃±2℃、相对湿度≥95%的恒温恒湿中养生。本次试验分别进行了Base Seal固化剂加固土的7d、28d和90d的饱水无侧限抗压强度测定。
   试验结果如表3所示。
   从表3中可以看到,Base Seal固化剂有利于提高加固土的早期强度,养生龄期7d时的无侧限抗压强度即可达到JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》中要求强度(0.8Mpa)的1.8倍,而在四平地区同等剂量的石灰稳定土7d时的无侧限抗压强度一般仅为0.8Mpa左右,这对于缩短工期,提高基层或底基层早期强度,具有十分重要的意义。从表上还可以看出Base Seal固化剂加固土的强度增长速度较快寒冷地区基层材料,而且其长期强度也较高,90d的无侧限抗压强度达到3.10Mpa。这使其作为基层或底基层材料,具有一定的优越性。

   3.3固化土抗冻性能试验
   固化土的抗冻性能试验是测定固化土在水和负温共同反复作用下的抵抗能力,对于寒冷地区基层材料等有重要意义。
   3.3.1 试验方法
   固化土的抗冻性试验目前还没有统一标准,参考石料的直接冻融实验方法,制定冻融循环试验方案如下:按照无侧限抗压强度试验标准成型试件,压实度控制在98%。成型后试件在20℃±2℃寒冷地区基层材料,相对湿度≥95%的恒温恒湿养护箱中养生28d,养生期最后一天,经24h饱水后开始进行冻融循环试验,即在-35℃的条件下冷冻24h,然后取出试件在20℃±2℃,相对湿度≥95%的恒温恒湿箱中融化24h,此为一次冻融循环。试验共进行五次循环寒冷地区基层材料,每次循环后观察试件表面是否有起皮、裂纹、散粒、剥落等现象,并称量其质量,循环结束后进行无侧限抗压强度试验,最后计算其耐冻系数。
   3.3.2 试验结果与分析 

试件 质量损失 冻融前强度 冻融后强度 冻稳定性系数

无保护试件 -0.8% 2.08Mpa 0.98Mpa 47.1%

有保护试件 0.91% 2.08Mpa 1.82Mpa 87.5%

注:以上强度均为无侧限抗压强度

   试验过程中无保护的试件(不套塑料袋)质量是有所增加的,质量损失率为-0.8%,这是因为在融化过程中,试件吸收水分。有保护的固化剂加固土试件质量损失率为0.91%寒冷地区基层材料,质量只有少量损失,主要是由于试件上套有塑料袋,受到保护,在冻融过程中试件吸收的水分相对较少。由于试件在冻融试验过程中不可避免的要吸收水分,故该试验不能以质量损失为参考指标,而应该以强度损失为主要技术指标。

   试验测得其冻稳定性系数约为87.5%,试验后试件只有轻微横缝和冻涨现象。因而寒冷地区基层材料,Base Seal固化剂加固土具有很好的冻稳定性,这对于提高潮湿寒冷地区路面抗冻稳定性具有重要意义。
   3.4 水稳定性试验
   固化土用于寒冷潮湿东北地区的基层材料,土壤经过固化以后长期遇水不会出现二次泥化现象是工程中必须解决的问题。
   对Base Seal固化剂固化土试件标准养护7天后在水中浸泡不同试件观察现象。
   浸泡1天后:试件与饱水前几乎没有变化,试件完整坚硬。
   浸泡7天后:试件完整坚硬,没有泥化现象。
   浸泡28天后:试件完整,试件表面有轻微软化现象,试件依旧有很高的强度。
   综上所述寒冷地区基层材料,固化土在水的长期作用下强度损失小,不会出现二次泥化现象,水稳定性好。

   3.5 固化剂加固土的劈裂试验
   稳定土劈裂强度的大小直接影响着这种稳定土的路用技术性质,当劈裂强度高时,基层裂缝少,防水性和抗渗透性强,能减少面层的裂缝产生寒冷地区基层材料,本试验根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的间接抗拉强度试验方法进行操作,按照无侧限抗压强度试验标准成型,试件成型的压实度控制在98%。成型后的试件在20℃±2℃,相对湿度≥95%的恒温恒湿养护箱中养生28d,养生期最后一天,经24h饱水后在路面强度试验仪上以1mm/min的速率测试其间接抗拉强度。

   经过试验,得到Base Seal固化剂加固土的28d饱水测试结果为0.20Mpa寒冷地区基层材料,从该结果中可以看出此种固化剂稳定土具有较高的间接抗拉强度,这对于实际工程来说,具有重要的意义。

   4结束语

   从本试验研究结果可以看到Base Seal固化剂做为一种新型的土壤固化类材料,其固化土具有较好的物理力学性能:
   (1)早期强度高,强度增长迅速,此特点对于工程中缩短工期具有重要意义。
   (2)长期强度高,且回弹模量值为415.02Mpa。说明Base Seal固化剂加固土抵抗破坏的能力较强。
   (3)BaseSeal固化剂加固土的间接抗拉性能及冻稳定性较好,28d间接抗拉强度达到0.20Mpa,冻稳定系数达到87.5%。
   (4)水稳定性好
   综上所述,Base Seal固化剂固化土特别适合东北寒冷地区及其气候、土质类似地区的道路工程应用。采用贝赛尔固化剂对土壤进行固化,能使加固土获得很好的抗冻性和水稳定性,而且使加固土强度达到甚至超过普遍采用的稳定砂石土基层,是一种适合东北寒冷地区的新型基层材料。这种材料避免开山采石,对生态环境的保护有重要意义。另外,可以就地取土,较采用砂石材料有很大的经济优势。


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