两种新型土壤固化剂加固土的实验研究

两种新型土壤固化剂加固土的实验研究

摘要：针对苏浙一带存在大量粉土及有机淤泥质土本文通过无侧限抗压强度实验，对两种新型土壤固化剂对以上土的固化作用进行研究，为地基土的处理提供依据。通过不同配比、以及与常规固化剂配合使用等情况的分析。得出结论：在粉土中加入5%的新型固化剂，对土的固化效果已经相当明显，随着固化剂比例的增加，固化效果呈快速上升的趋势。考虑到固化剂的经济成本，可在粉土中加入5%的新型固化剂的基础上，以普通水泥为补充。在有机淤泥质土中加入2%的新型固化剂，对土的固化效果相当明显，随着固化剂比例的增加，固化效果呈上升趋势。

关键词：新型固化剂；无侧限抗压强度

Abstract: Aiming at the vicinity there are a lot of silt and organic silt soil through unconfined compressive strength experiment, two new kinds of soil curing agent on the above soil was studied, as a foundation for. Through the different proportion, as well as with conventional curing agents with the analysis of the circumstance such as.

Key words: new curing agent; unconfined compressive strength

前言

对地基土加固就是要改善土的变形和提高土的强度。固化剂作为一种新型的工程材料在国外已经被广泛的应用。在国内，关于固化剂的研究也很多。许多工程实例表明，对于分布在软土和不良地区的建设工程，固化剂在土壤加固方面的研究有着十分重要的意义。本文取用粉土和有机淤泥土，选用北京亿路特通公司的针对粉土和淤泥土的两种固化剂进行加固，对不同固化剂掺入比、不同龄期下土的无侧限抗压强度的变化规律进行分析和讨论。为评价其加固效果，同时也做了水泥土、石灰土的对比试验。

1. 固化剂加固土实验

1.1 试验用料

北京亿路特公司粉土固化剂（以下称固1）、淤泥土固化剂（以下称固2）：在对土发生固化作用时，产生絮状结构凝聚土颗粒。普通硅酸盐水泥325#、石灰、粉煤灰。

1.2 试样的制作及养护

试验前将试样烘干（粉土105℃、有机土80℃）、捣碎，过2mm筛孔的土为实验用土。密实度为90%。根据试验设计在土中分别掺入不同比例的固1、固2

及水泥、石灰、粉煤灰。制成无侧限抗压强度试样（径高比为1：1，高为的圆柱体）.随即脱模，放入标准养护室养护。最后一天浸水养护至龄期。粉土的含水量为20%；有机土的含水量为25%。

1.3 主要仪器设备

天平（精度0.1g）、自制钢套筒（径高比为1：1，高为5cm）、脱模器（不锈钢架+千斤顶）、无侧限抗压强度试验设备等。

1.4 材料配比表

实验以小配比开始，逐渐加大配料量。为了保证试样有一定的强度，当固化剂含量较小时，辅以石灰、水泥这些常规固化剂。固化剂含量较大时，以石灰、水泥与其对照。不同材料配比表如下： （ 4%石灰）固1在试样中的配比

2. 实验结果与分析

2.1加固粉土实验

在实验规定的龄期内，做无侧限抗压试验。当固化剂含量0.00%～1.60%范围内，试样的强度维持在200kPa以下的水平。从破坏的试样观察分析：土样外形的完整性一般，在实验过程中薄弱面易开裂，从而导致整个土样的破坏。且在破坏面上观察到的絮状结构不明显。鉴于此，有如下推理：固化剂在土中形成的絮状组织还不足以凝聚土壤颗粒，还不能真正达到固化土壤的效果。固化剂掺量很小的土样破坏特征更接近无掺量的土体特性。当固化剂含量提高在4%～8%范围内的时候，土样的强度迅速提高，为此，增加了一组同比例水泥的试样的28天龄期强度进行对比。见图2，含有固化剂土样的无侧限抗压强度高达660kp，模拟强度增加曲线得Y=-110.44571+97.85143X 。同样配比的水泥土强度仅为450kp，模拟其强度增加曲线Y=12.17952+60X，比较两直线的斜率A，显见其变化趋势。观察试验中破坏的试样，外形的完整度很好。随着土样强度的提高，土样在破坏时呈现明显的脆性特征，即有明显的细裂纹，最终某一条裂纹导致了试样破坏。在破坏的界面上，可以明显观察到絮状组织。 如右图：

分析可得：随着固化剂含量的增高，与土壤的接触面增加絮状结构已经能起到凝聚土壤颗粒的作用，即可以对土壤产生固化作用。从以上的分析可得，固1对土的加固作用明显，加固机理明确，大量应用于地基处理中，将会大大减少水泥用量。另外，在快速抢修工程中，固化剂的应用前景广阔。在分析几种材料共同参量的试样的强度数值可以看出，这种新型的固化剂与水泥固化机之间并无明显的物理或化学作用，能共同存在于土壤当中，且可以共同对土进行加固。具体实验结果如下图所示：

图1固1含量（0%~1.6%）加固土效果 图2固1含量（4%~8%）加固土效果

2.2加固有机淤泥质粘土试验

在试验规定的龄期内，做无侧限抗压强度实验。为了保证土样能测得无侧限抗压值，且能形成数据对照，在固2比例较小时参以6%的石灰。结果显示固2含量在0.00%～1.20%范围内，无侧限抗压强度在300kp～350kp之间与参6%的有机土强度比较无明显的增加。从破坏的试样界面观察，也无明显的絮状结构。当增加固2的含量制成新的土样时，从养护后的试样外观上可以看出，土样的结构比较稳定，养护后外观上脱落的情况很少。从实验测得的无侧限强度数值可以看出其强度增加随固2含量的增加线性提高，见图4，经验模拟强度曲线为 Y=21+63.21429X。用来做对比的石灰掺量的一组试样强度增加曲线为Y=212.115+20.8204X。从两者的斜率分析比较，固2对加固土有明显的优势。观察土样破坏后的界面，可以看到有絮状组织均匀分布，且土样四周有细裂纹，由此可作如下推断：固2在土体中对土颗粒形成一定的絮状结构，对土颗粒由凝聚作用。

如右图：

分析可得：固2对有机淤泥质土固化作用明显，固化机理明确。目前路基工程中对大量的淤泥质土大多采用换土的方式加固路基，这种方式造成的资源浪费是不言而喻的。固2大量的应用于路基工程中，以及应用过程中的后续研究工作将是非常具有现实意义的。

另外，分析试样实验结果可以看出，这种新型的固化剂与常用的石灰固化剂之间并无明显的物理或化学反应，能共同完成加固土壤的作用。具体的实验结果如下：

图3 固2含量（0%~1.2%）加固土效果 图4 固2含量（2%~8%）加固土效果

在实验过程中，对粉煤灰掺入有机土的情况，也做了一定的分析。为了保证试样能测得相应的无侧限抗压值并进行分析比较，在试样中参入了3%的石灰。结果显示当粉煤灰的量控制在18%以下时，几乎不影响土样的强度，但当粉煤灰参量大于这个比例时，试样的外观则显得比较破碎、不规整，强度也相应受到了影响。其实验结果如下图：

图5 粉煤灰掺量下土的无侧限强度

从节约资源的角度来看，将粉煤灰这样的工业废料应用到路基工程当中去，在保证强度和变形两方面的要求的前提下，不失为一种变废为宝的有效措施。

3.结论

（1）固1对粉土强度的影响主要体现在5%的含量以上，固化剂产生的絮状结构对土颗粒有较强的凝聚作用。对节约材料以及抢修工程均有一定的指导意义。

（2）固2对有机淤泥质土的固化效果尤为突出，在2%的含量以上固化效果已经比较明显。这与有机土颗粒本身的结构特征有关。在有大量有机质淤泥土的地区意义十分重大。

（3）含水量、温度等对固化剂的影响，以及固化土回弹模量的测定等方面还待于进一步的研究。

参考文献：

邵玉芳等.一种新型固化剂的研究[J].浙江大学学报. 工学版 2006(11):134-135.

邵玉芳、龚晓南等.有机质对土壤固化剂加固效果影响的研究进展【2】 浙江大学学报 2005

樊恒辉等.土壤固化剂研究现状与展望【3】西北农林科技大学学报（自然科学版）2006

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。