土壤固化剂室内检测方法

摘要：该文介绍了土壤固化剂在道路施工中应予以的室内检测方法，通过室内无侧限抗压强度、CBR承载比、回弹模量试验，为公路建设使用土壤固化剂处理路基确定了施工方案和保证施工质量的控制指标。

一、引言

土壤固化剂是20世纪90年代由美国传入我国，其特点是可以充分利用当地土壤，适量添加无机辅料和土壤固化剂，使土壤由亲水性改变成疏水性，在置换土粒表面的水分子，同时还生成一种不可溶解的终合物，发挥类似水泥的凝固作用，对土壤的压实密度有着直接作用；而且土壤颗粒之间的距离缩短减少空隙、承载能力大大加强，从而提高土壤的耐水性和抗压强度，最终达到方便施工和降低成本的目的。目前已陆续在其他省市的一些公路和城市道路上使用。

二、室内试验及主要研究过程

目前国内土壤固化剂种类繁多，经过筛选，以下介绍研究内容仅以土固精牌土壤固化剂为例。这种土壤固化剂是目前世界上技术最新、效果最佳的万能离子类土壤固化剂，是一种无毒、无害、无污染的环保高聚类有机溶液。使用“土固精Toogood”施工道路基层时可以不必挖除、运弃设计路面的现有土壤，不再需要铺设大量砂石料，表层不受霜冻、湿热等自然条件的影响，使用道路现场的土壤就可处理成坚实耐久的道路基础，其抗压强度等各项性能指标是用传统材料施工的数倍，大大的超过了国家标准。恒久的抗压强度、万能兼容、高斥水性等几大优势，解决了目前同类产品强度先强后弱、对土质不能兼容及亲水性处理等瓶颈问题。辅料为325＃普通硅酸盐水泥和消石灰。试验过程 中使用一般自来水对液体固化剂进行稀释。

首先测定原状土自然密度、自然含水量及土壤塑限和液限，确定现场土壤物理特性。依据《公路土工试验规程》（JTJ051—93）[4]、《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057—94）[5]等进行以下试验。

1.击实试验

对现场土（河南省）配制不同含水量并击实，分别称重、测定含水量、计算土壤干密度，通过曲线拟合的方法得出土壤干密度与含水量的关系曲线（见图1），确定该土壤的最大干密度为1.96g/cm3，最佳含水量为11.2%。用同样的方法得出（现场土95%+水泥2%+石灰3%+固化剂）无机辅料稳定土的干密度与含水量的关系曲线（见图1），其最大干密度为1.96g/cm3，最佳含水量为11.2%。为添加土壤固化剂制作不同配比无机辅料稳定土的试件提供参考。

图1  土壤含水量与干密度曲线图

2.无侧限抗压强度试验

添加固化剂，按照试验规程要求制作不同辅料配比、不同压实度、不同含水量的￠50×50mm试件。试件制作过程中土壤混合料的含水量均比最佳含水量大1%~2%。养护6d后浸水24h，进行无侧限抗压强度试验。表2为不同辅料配比添加固化剂后试件的无侧限抗压强度试验结果。由于试件的抗压强度与压实度有关，将不同辅料配比试件的无侧限抗压强度试验结果除以各自的压实度再作比较。试件压实度的计算方法：

无侧限抗压强度是随压实度的提高而增大。

为了探讨两者之间的关系，分别对三组不同配比无机辅料稳定土试件在不同压实度情况下的无侧限抗压强度进行了试验。为了研究无侧限抗压强度、压实度的关系，分别制作不同压实度的试件各三个，然后取平均值，表3是试验结果。图2是根据表3试验结果绘制的无侧限抗压强度与压实度关系曲线。通过三条曲线可以看出，无侧限抗压强度与压实度呈线性关系，无侧限抗压强度随压实度的提高而增大。现场土添加4％石灰和土固精固化剂做路床无机稳定土时，若压实度＞ 90％，其抗压强度可大于0.82 MPa，满足高速公路或一级公路底基层7d抗压强度大于0.8MPa的要求。现场土添加2％水泥、3％石灰和路土固精固化剂做底基层无机稳定土时无侧限抗压强度若 要达到1.5MPa，压实度需要达到95.5％。现 场土添加3％水泥、3％石灰和土固精固化剂做基层无机稳定土时无侧限抗压强度若要达到2.5MPa，压实度至少需要达到97.6％。试验结果表明，压实度对工程质量具有重要的意义。该次试验总结出的无侧限抗压强度与压实度关系曲线可以为道路施工中的压实度控制提供参考

从表2的结果可以看出，95%现场土+2%水泥+3%石灰+固化剂试件的平均无侧限抗压强度为2.08MPa，通过曲线拟合计算得出，当压实度达到95.5％时，可以满足公路底基层无侧限抗压强度大于1.50MPa的要求；94%现场土+3%水泥+3%石灰+固化剂室内试验试件的平均无侧限抗压强度为2.71 MPa，通过曲线拟合计算得出，当压实度达到97.6％时，可以满足公路基层无侧限抗压强度大于2.50MPa的要求。表4是相同配比分别养护14d、28d后浸水作24h做无侧限抗压强度试验的结果，试验结果表明抗压强度随龄期的增长而提高。

为了验证土壤固化剂在土壤的使用效果，分别作了两组相同配比不加固化剂与添加固化剂的对比无侧限抗压强度试验（均为￠50× 50 mm试件），对比试验结果见表5。

试验结果表明4%水泥+6%石灰+90%土壤配比添加土壤固化剂试件比不添加土壤固化剂试件的7 d无侧限抗压强度提高15％左右；3%水 泥+3%石灰+94%土配比添加土固精土壤固化剂试件比不添加土壤固化剂试件的7 d无侧限抗 压强度提高11％左右。而固化剂的作用主要体现在后期，因此，随着龄期的增长，添加土壤固化剂可以有效提高土壤的承载力。

2.3 CBR承载比试验和回弹模量试验按照《公路土工试验规程》选择合适的配比，加入土壤固化剂用击实法制作￠150×150 mm试 件，分别养护6 d，浸水24 h后进行CBR承载比试验和回弹模量试验，测定这些稳定土配比试件 的力学特性。表6是2％水泥+3％石灰+固化剂 +95％空客土配比和4％石灰+固化剂+96％空客 土配比无机稳定土试件承载比试验结果，表7是 这两种配比试件的回弹

模量试验结果。试验结果表明，上述配比满足高速公路或一级公路底基层 7 d抗压强度大于0.8 MPa的要求以及公路路基 对CBR承载比和回弹模量的要求。

三、试验结果检测

施工过程中严格按照确定的含水量、配比、压 实度和工艺进行施工。从试验段检测结果看，经土壤固化剂处理后路基回弹模量最小值为.7 MPa,平均值 在100～150 MPa之间,已远大于路基顶层回弹模量的要求（顶层回弹模量要求大于40 MPa）。CBR 值一般在22%～25%之间，远大于道路路基对 CBR的要求。表明应用土壤固化剂处理的路基满足工程要求，最终可以达到方便施工和降低成本的目的。

四、总结

借助各地建设工程，通过大量的试验对土壤固化剂的作用有了深入了解，使用现场土添加适当辅料和土壤固化剂能够满足处理路基的各项要求，避免换土，可提高工效，节省筑路成本。为公路建设的路基处理确定了施工方案和保证施工质量的控制指标：现场土添加4％石灰和固化剂的无机稳定土做路床处理时，压实度大于90％，其抗压强 度可大于0.80 MPa；现场土添加2％水泥、 3％石灰和固化剂做底基层无机稳定土时，压实度需控制达到95.5％以上则无侧限抗压强度可满足1.5 MPa的要求；现场土添加3％水泥、3％石灰和固化剂做公路基层无机稳定土时，无侧限抗压强度若要达到2.5MPa，压实度必须控制在97.6％以上。压实度对工程质量具有重要的意义，试验总结出的无侧限抗压强度与压实度关系曲线可以为道路施工中的质量控制提供参考。检测结果表明按照上述试验研究确定的配比和工艺，应用土壤固化剂处理的路基满足工程要求，最终达到了方便施工和降低成本的目的。