土壤固化劑加固紅黏土路基的試驗研究

陳永輝，苗世軍，靳一軍，劉 正

（中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安710000）

1 研究背景

在我國，公路建設過程中經常使用的基層是無機結合料穩定基層，它的穩定性和強度對于公路的建設都非常穩定，在我國被最為廣泛地使用。但是在我國的部分地區，砂石料是非常缺乏的，雖然也可以使用無機結合料穩定基層，但是砂石料的運輸成本是非常昂貴的，長距離的運輸不僅會提高公路建設的成本，還會因為建設過程中砂石料的開采而造成環境破壞，因此很多地方都在使用黏土基層進行公路建設，但是隨之而來的是邊坡失穩和路基不均勻沉降的問題，因此解決黏土路基的問題刻不容緩。在國內外的研究中，使用土壤固化劑能夠很好地固定土壤，改變黏土的膨脹性能和塑性指數，這對于提升黏土路基的穩定性有很大的幫助。本文中為改良黏土的性能，使用離子土壤固化劑對黏土進行了改造，使之能夠成為黏土路基的合格材料。

2 室內試驗

2.1 試驗材料

此次試驗的材料為土壤固化劑和紅黏土。土壤固化劑選用的是ISS離子固化劑，在使用的過程中直接根據使用的量用水進行稀釋。黏土選用的是本地的原裝土，取土樣的深度不超過4 cm，測定的性能指標如表1所示。

表1 測定的紅黏土的物理學參數

2.2 配合比設計

紅黏土的結合水膜對于紅黏土的特性有著很大的影響，通過ISS對紅黏土進行改性就是通過降低紅黏土結合水膜的厚度實現的。塑性指數在一定程度上反映著土壤的親水性能，塑性指數的值越高，紅黏土的結合水膜越厚，所以在進行定性定量測定的過程中只需要對黏土的塑性指數進行測定即可。在進行液塑性試驗時，將ISS固化劑和水混合后，摻入紅黏土樣本中，密封48 h，然后測定相關數據。

不同配合比下的固化紅黏土液塑性試驗結果具體如表2所示。

表2 不同配合比下的固化紅黏土液塑性試驗結果

通過對以上數據的分析，可以得到以下的結論：①在ISS∶水=1∶200（體積）時，紅黏土的塑性指數達到了最低；②與沒有加入ISS的紅黏土相比，加入ISS固化劑的紅黏土的塑性指數均出現了不同程度的降低，其最大的降低幅度為4.74%；③就目前的試驗結果來看，塑性指數并沒有與ISS摻入的濃度呈現出正相關或者負相關的關系，當ISS的濃度不斷增大時，紅黏土的塑性指數反而增大。

2.3 試驗方案

試驗方案參照JTG E51—2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》和JTG E40—2007《公路土工試驗規程》，在設計配合比下，將其制作為試件，并對其進行無側限抗壓強度試驗，測試試驗過程中紅黏土試件各項系數的變化。同時對紅黏土試件的的收縮性能與剪切強度進行試驗，這些數據的獲取在一定程度上能夠綜合評定ISS固化劑在固化紅黏土方面的性能。

2.4 室內試驗結果分析

以下試驗結果，沒有特殊說明的，都是在最佳配合比環境下實施的，也就是ISS∶水=1∶200（體積）。

2.4.1擊實試驗

擊實試驗數據是在最佳配比環境下，制備出含水率不同的試件，然后密封24 h獲得的，試件的含水率無法進行精準的掌控，只能根據實際的測定進行分析。在對數據進行分析整理后可以得到相關結論，具體如表3和表4所示。

表3 素紅黏土的含水率和干密度

表4 固化紅黏土的含水率和干密度

從上面的數據可以得出結論：固化紅黏土的最大干密度相比于素紅黏土，出現了比較大的增長；其原因是在紅黏土中摻入ISS固化劑以后，降低了紅黏土顆粒之間的結合水膜厚度。

2.4.2 無側限抗壓強度試驗

無側限抗壓強度試驗是在擊實試驗的基礎上進行的，在獲得最大干密度后，在這個基礎上制備一組不加固化劑的試件，另一組則加固化劑，進行對照試驗。在獲得試件后，分別將試件放入到濕度95%，溫度20℃的養生箱進行7 d、14 d和28 d的養護。獲得試驗數據如表5所示。

表5 固化紅黏土在各齡期下的無側限抗壓強度

通過以上的數據可以得到的結論是：與素紅黏土相比，加入ISS的固化紅黏土的無側限抗壓強度有了明顯的提升；隨著試件齡期的不斷增加，固化紅黏土的無側限抗壓強度也在不斷地增強。出現以上現象的原因是隨著時間的推長，ISS固化劑與土壤顆粒發生的化學反應也越來越深入，剛開始只是和土壤顆粒的表面進行了反應，經過長時間的反應后，ISS能夠不斷地浸入到土壤顆粒內部，從而發生離子化學反應，不斷提升強度。

2.4.3 ISS固化劑對收縮性能的影響

在最佳配合比下，按照最大干密度和最佳含水率來制作試件，試驗數據如表6所示。

表6 固化紅黏土的收縮性能

通過以上數據可以得出結論：加入ISS的固化紅黏土比素紅黏土的的縮限增大，體縮和豎向收縮率都有所降低。發生這種現象的原因是ISS固化劑使得黏土顆粒的結合水膜厚度降低，其表面結合的水就變少了，就出現了以上的現象。

2.4.4 ISS固化劑對剪切強度的影響

采用快剪法進行剪切強度試驗，在最佳配合比下，按照最大干密度和最佳含水率來制作試件，獲得的數據如表7所示。

表7 紅黏土的直接剪切試驗結果

通過以上的數據可以得知固化紅黏土的粘聚力有所提升，內摩擦角有所降低，但是變化不大。這主要是ISS的加入改變了黏土顆粒表面的水結合力，增強了其粘聚力。ISS固化劑使黏土顆粒的表面結合水膜變薄，使得顆粒可以在排列面上進行滑動，所以內摩擦角的變化不大。

3 結論

在經過以上的試驗之后，可以得到以下的結論：ISS固化劑的摻入能夠有效地降低紅黏土的塑性指數，但是兩種并沒有呈現負相關的關系；在此次的試驗中ISS固化劑的最佳摻入比為ISS∶水=1∶200（體積）；加入ISS固化劑的紅黏土增強了最大干密度，降低了最佳含水率，提高了無側限抗壓強度；加入ISS固化劑的紅黏土增大了縮限，體縮和豎向收縮率降低。總之，加入ISS的固化紅黏土可以作為公路的地基，并具有很好的性能。