CHF固化劑在軟土地基加固中的試驗研究

王廣政 馬青娜 劉亞文

(解放軍理工大學，江蘇 南京 210007)

?

CHF固化劑在軟土地基加固中的試驗研究

王廣政 馬青娜 劉亞文

(解放軍理工大學，江蘇 南京 210007)

在分析CHF土壤固化劑固化特性和機理的基礎上，對南京地區道路粘性土壤進行了固化試驗，并研究了土壤穩定土的路用性能，探討了CHF固化劑對土壤的改良效果，試驗結果表明，CHF固化劑可以有效減少石灰用量，提高CHF固化土的力學強度。

CHF土壤固化劑，地基，擊實試驗，無側限抗壓強度

利用土壤固化劑進行軟土處理和地基加固，具有技術指標優良、施工方便、經濟環保等優點，已逐漸成為工程建設中的常用手段。如何快速達到最佳固化效果，滿足強度要求，是當前新型固化材料在道路軟土固化中的重要研究內容。本文通過選取南京地區典型土質進行室內力學試驗，研究CHF土壤固化劑加固土應用工程建設的強度固化效果。

1 概述

CHF土壤固化劑是一種由強氧化劑、離子型高分子活化劑、分散劑和固化催化劑等有機組合形成的復合制劑[1]。作為一種環保型高效土工建筑材料，它與土粒接觸時能打開土粒與水分子之間化學鍵來激發土粒自身的活力，使惰性土壤顆粒變成活性較強的土壤顆粒。可以從根本上改變土壤顆粒的結構，徹底改變土壤膨脹、吸水的本性，增強水穩性，達到防水、防滲、防漏的效果。與水泥、石灰等傳統固化材料共同使用時，能夠彌補傳統固化劑的各種缺陷和不足，充分解決道路脆化、開裂等難題，提高復合固化土的最終強度[2]。

CHF土壤固化劑加固軟基的機理是：CHF土壤固化劑突破了以往固化劑成分單一的缺陷，與土壤作用后通過機械碾壓使復合固化土達到密實度，致使土粒毛細管中的水壓無法存在，內壓降低，最終形成整體板塊結構。原來的土壤毛細管中的結合水逐步被長鏈大分子所置換，結合水變成自由水。其中所形成的部分凝聚物及晶體與分散的活性物質填充了土壤的毛細孔。使活化劑不斷促進交換作用的進行，土壤表面和大分子顆粒接觸點形成不可逆的凝結，整個長鏈變成了不溶于水的大分子。同時表面活化劑被滯于土壤表面及毛細管中，而它的強電荷及氫鍵與土粒表面發生吸附作用，使排列極性基團朝向土粒疏水基向外，隨著時間的延長更加牢固，形成穩定性極強的半剛性整體板塊。由此大幅度降低土壤的親水性，提高水穩性。改變土壤的使用性能，達到符合固化土壤的最終目的[3]。

2 試驗設計

2.1 試驗目的

通過固化土的擊實試驗、無側限抗壓強度試驗等室內試驗，研究土壤固化劑穩定土的路用性能，探討CHF固化劑在添加不同劑量石灰和養護期的情況下對土壤的改良效果。

2.2 試驗材料

1)CHF土壤固化劑。本試驗所用的固化劑為廣西柳州東風恒基化工科技有限公司自主研發的環保高效固化劑(CHF)，常溫下為黑褐色液體，無沉淀物，不易燃；其經濟用量約為0.02%。由于固化劑摻入量很小，為了精確控制摻入量，使固化劑與干土混合均勻，采用將固化劑稀釋后再往土中摻入的方法。使用時需要將固化劑濃縮液稀釋，本試驗采用的固化劑稀釋液濃度為1∶150。

2)試驗用土。本試驗用土取自南京城區當地具有代表性的粘性土。依據試驗規程[4]，經初步試驗，確定其液限為39.6%，塑限為23.5%，塑性指數為16.2，含水率27%。

3)石灰。石灰選用南京本地生產的道用石灰，得出石灰的基本摻量為：密度0.51 g/cm3，CO2含量8%，鈣鎂含量83%。

2.3 試驗方案

先進行土樣及其配比試驗，確定土樣的基本摻量和原材料的最佳配比。其次進行性能試驗：針對添加劑含量和養護期的影響因素，對試件進行無側限抗壓試驗；通過試驗數據分析，確定CHF土壤固化劑對土壤改良效果的總體規律。

根據CHF土壤固化劑的成本與土體的改性效果隨CHF配比的變化，綜合選定CHF土壤固化劑的最優配合比為0.02%，加固土中石灰的配比分別為4%，6%和8%，通過石灰摻入量的不同來測試不同CHF加固土的性能。混合料的不同配合比例如表1所示。

表1 混合料的不同配合比 %

根據試驗規范[5]，通過改變試件養護期，以探究CHF土壤固化劑在養護期改變的條件下，對土壤又存在著怎樣的改良效果。齡期分別為3 d，5 d，7 d；采用對比試驗方式，不同配比設計成4組。每一組按不同齡期均做3批，每一批6個試件，按不同時刻每個試件依次進行無側限抗壓強度試驗，在誤差允許范圍內取每一組的平均值作為試驗結果。

3 擊實試驗

通過擊實試驗確定土樣的最佳含水率和最大干密度。參照規范[4]對土樣進行輕型擊實試驗。試驗前首先進行燜料，按預定含水量制備試樣。在室溫下靜放12 h后進行擊實。得出各種土樣的最佳含水率和最大干密度如表2所示。

表2 擊實試驗結果

結果表明，素土的最佳含水率和最大干密度分別為16%和1.82 g/cm3；在加入CHF土壤固化劑后，隨著石灰含量的逐漸增加，最佳含水率和最大干密度逐漸降低。

4 無側限抗壓強度試驗

無側限抗壓強度是試件在不受任何約束限制的條件下所能承受的最大軸向應力，能夠準確地反映試件的強度特性。根據試驗規范，采用靜力壓實方法制備試件，每個試件制備6個平行件。試件制備好后進行標準養生(溫度20 ℃，濕度98%),養生3 d，5 d和7 d，最后一天，將試件浸泡在常溫水中，水的深度應使水面在試件頂上約2.5 cm。養生結束后，進行試驗，試驗結果如表3，圖1所示。

由上述試驗數據分析可知：1)素土遇水崩裂，這說明素土由于吸水過多，體積膨脹過多而導致遇水崩裂，水穩定性差；而添加固化材料的土壤遇水后仍能保持原來的形狀，水穩定性較好；2)摻

加了固化劑和石灰的固化土抗壓強度明顯高于素土，且隨著齡期的延長而增加，接近正比關系，這說明石灰和固化劑的混合料對土壤起到了很好的加固作用；3)摻加了固化劑的試樣，當石灰用量為4%時，其抗壓強度就已達到了1.436 MPa；隨著石灰用量的增加，固化效果在逐步提升，但含量在4%～6%之間的增長幅度高于含量在6%～8%的，說明在一定范圍內，增加石灰的含量，對土壤的改良效果會顯著提高，但是不能盲目增加石灰用量，否則不僅使得固化效果沒有太大改善，同時也會增加固化材料的成本。

表3 無側限抗壓強度試驗結果

5 結語

采用CHF土壤固化劑對南京城區粘性土壤進行了室內固化試驗，得出了如下結論：1)CHF加固后的土壤，抗壓強度形成快，強度高，并且土壤固化性能與齡期呈一定正比關系；2)CHF土壤固化劑對試驗用土效果較好，在石灰摻量較少的情況下即可滿足軟土地基加固的承載力要求；3)摻加一定量的石灰可明顯提高試件的力學強度。但隨著石灰用量的增加，性能改變趨于平緩。因此，工程實踐中，通過改變石灰用量，以進一步提高其路用性能；同時還應考慮地基實際承載性和經濟性要求，適當調控石灰用量，使其達到最佳效能比；可見，CHF土壤固化劑固化土壤時，固化效果顯著，用量少，環保節能，可降低工程造價，為工程建設中的軟基加固開辟了可靠途徑[4]。

[1] 石 娜.CHF土壤固化劑在道路工程中的應用技術研究[J].山東交通科技，2015(2):67-68.

[2] 柳州東風恒基化工科技材料有限公司.新型CHF高分子復合離子土壤固化劑[Z].2015.

[3] DBJ/T 45—001—2015，復合固化土路面基層和底基層設計施工技術標準[S].

[4] JTG E40—2007，公路土工試驗規程[S].

[5] JTG E51—2009，公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S].

The test research on CHF curing agent in soft soil foundation reinforcement

Wang Guangzheng Ma Qingna Liu Yawen

(PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Based on analyzing the characteristics and mechanism of CHF soil curing agent, this paper made the curing test to road cohesive soil in Nanjing area, and researched the road performance of soil stabilized soil, discussed the improvement effect of CHF curing agent to soil, the test results showed that the CHF curing agent could effectively reduce the amount of lime, improved the mechanical strength CHF curing soil.

CHF soil stabilizer, foundation, compaction test, unconfined compression strength

1009-6825(2016)27-0072-02

2016-07-15

王廣政(1972- )，男，碩士，講師

TU472

A