改性素土地坪與綠道材料合成技術及應用效果分析

王華兵，胡春鴛，何榜瑞

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

綠道建設，就是秉承著在山清水秀中，打造環保的、生態的、可持續發展的環江環湖綠道系統；即可以為老百姓提供茶余飯后的休閑娛樂空間，又可以結合國省道主干線，達到輔助交通的雙重功能，減低碳排放，綠色環保出行[1-2]。自開展綠道網絡建設以來，綠道面層的材料，從塑膠類、混凝土類、瀝青類、透水原石類的發展過程，就是一個更加趨向綠色環保的過程，能否提供更加綠色更加環保的面層材料，是綠道建設過程中一直在探尋的課題。如何與自然環境完美融合，是今后建設的主導方向[3-4]。土壤硬化工程技術發展至今,已形成了一種綜合型的工程交叉學科。它已被廣泛地運用到了我國農業現代化工程建設的各個方面,使用手段也日益增多,涉及了許多理論問題[5-6],它的處理對象也日益得到了拓展，處理的主要目的也不僅是簡單的表面加固問題，還涉及提高通透性、提高防凍力、避免土壤污染物外泄等諸多方面。改性素土地坪是近些年剛剛興起的一種綠色環保施工工藝材料，此材料結構層具有抗水、抗凍、承載力強等特性，結構層合理，維修費用相對降低，小型交通工具過載造成的修復工程量大大降低，基本只需修復面層即可。結合現有的施工工藝特點，將改性素土地坪應用在綠道材料中，技術層面還有較大的改進和提升空間。在材料選擇和施工工藝上，還需要進一步加強研究。因此本文針對改性素土地坪在綠道材料中的技術進行研究，并通過測試驗證實際應用中的優勢。

1 改性素土地坪在綠道材料中的技術研究

1.1 土壤預處理

在綠道材料的研究過程中，為了使道路治理項目在整體景觀上呈現出良好的效果及道路功能需求，需要針對當地的土壤實際情況來對改性素土地坪的應用技術進行分析。在研究區勘察砂質黃土取土點，獲取土樣。送實驗室分析土樣性狀、做配合比實驗[7-8]。鋪設種面層效果樣板。根據園區道路整體方量，組織砂質黃土的運輸，落實現場接土人員及相關機械。做好計數、計量等相關工作，為后期采購高純氧化鈣、水泥等輔料提供相關數據。對于素土來說，種類較多，可以分為黃土、粉土、砂土、高液限土、湖區軟土、寒區凍土、酸性土、堿性土、戈壁土、有機土和鹽漬土等[9-10]；素土的一般塑性指數在5～17，土含量不低于10%[11-12]。在研究區中獲取土樣，將土樣放置在質量分數為5%的蒙脫土水溶液中，并向其加入質量分數為10%的十六烷基三甲基溴化銨水溶液。加溫攪拌之后進行抽濾，無白色沉淀之后進行干燥，過篩后得到預處理的施工環境土壤。在實驗室環境下，對圖像的酸堿度、顆粒度等理化性質進行確定。對研究區的道路土壤進行預處理，能夠排除外界干擾因素，有效提升改性素土地坪應用在綠道材料中的性能，保證材料理化性質穩定。

1.2 合成基于改性素土地坪的綠道材料

在素土地坪中加入PVA纖維能夠得到改性素土地坪，其在抗拉強度、親水性以及耐腐蝕方面具有良好的性能[13-14]。本試驗將改性素土地坪應用在綠道材料中進行合成，并對其中的合成技術以及施工工藝進行設計。在合成過程中，使用到的原材料主要包括環氧樹脂(CYD128)、WPCBP、PVA纖維、減水劑、固化劑593、聚酯多元醇、異佛爾酮二異氰酸酯以及有機硅消泡劑。在材料的制備過程中，制備土壤砂漿試樣，水與土壤之間的比例為3∶1。將水泥與砂干混，低速攪拌約60 s，此時加入包括減水劑等的混合溶液，手動低速攪拌30 s后，加入PVA纖維，并快速攪拌30 s，靜止后，將攪拌鍋鍋壁剩余的沒有混合均勻的砂漿全部刮下,并繼續攪動約60 s后，稱取將攪拌混合物放置于口大的燒杯中,并隔絕空氣進行升溫和混勻。min之后向混合物中添加催化劑,保證溫度在50 ℃左右下加熱10 min，將溫度升高到80 ℃，反應約120 min之后，得到改性的素土地坪。

若要將改性素土地坪應用在綠道材料中，還需要進行顏色填料的搭配。一般的地坪以灰色和綠色為主，根據實際應用的場景不同進行調整[15-16]。顏色填料的主要成分包括鈦白粉、炭黑、蠟粉、硅微粉以及滑石粉等，不同的顏色填料可以根據土壤的實際情況進行選擇。在完成顏色搭配之后，在實際的道路應用中鋪設流程如圖1所示。

圖1 鋪設工藝流程Fig.1 Laying process

從圖1可以看出，面層壓實成型后，面層噴灑路液稀釋液封面，當即覆蓋土工養護布。 每天灑水3次進行養護，上、下午和傍晚各1次，連續7 d，灑水量為淡水噴灑150 m3/m2路面。 路面養護期間，做好巡查工作，自然陰干后撤除土工布[17]。 根據拉土車車數及總體黃土總重量按照配合比要求采購相應高純氧化鈣，均勻悶制及攪拌。根據當天使用的路液固化土方量，由挖掘機整理成錐型方堆，由技術人員丈量及測算灰土方量路液原漿及水泥用量。路床放樣及清理：根據設計要求進行路床放樣；根據放樣，清理路床；在清理過程中發現軟基路段，上報監理及考古相關人員，經同意后根據現場實際情況換填塘渣。路液固化土穩定層攤鋪壓實:首先，在進行攤鋪時，將土壤均勻攤開，并將直徑超過10 cm的固體挑出，經過重力壓2 h后，初步成型，壓路機先靜壓2～3趟，大震動2趟，最后靜壓收面2趟，壓實度大于等于93%。面層攤鋪及壓實：將土壤均勻攤開，并將直徑超過10 cm的固體挑出，經過重力壓1 h后，初步成型，壓路機靜壓2趟，砂石鋪設后壓路機靜壓2趟，壓實度大于等于93%。路面養護要求：路面攤鋪壓實成型后，覆蓋土工布，每天灑水3次進行養護，上、下午和傍晚各1次，連續7 d，灑水量為淡水噴灑150 m3/m2路面，路面養護期間除養護人員外其他人員及車輛嚴禁通行。路液固化土混合料每天取樣制作標準試件，養護后留樣封存。

2 應用效果探討

2.1 工程概況

為了研究本文所設計的改性素土地坪在綠道材料中的應用技術的有效性，進行應用效果的探討。在試驗中選擇某砂石路作為綠道改造的研究對象。

區域內樣板段基層鋪設距離情況為：灘地段完成940 m，魚塘段完成470 m，山體段完成1 670 m，保潔站段完成490 m在該道路中，需要進行側鋼板焊接。在施工進行前，分析研究區域內砂石路的土壤情況。研究區內基層為砂質黃土，土體質量5%的高純氧化鈣，土體質量7%的水泥，每1 m3土體加入0.7 L路液；面層加30%粗沙、面層頂面鋪設級配砂石，配合比為：土體質量5%的高純氧化鈣，土體質量7%的水泥，每1 m3土體加入0.7 L路液。

根據施工區道路使用土方量準備黃土、石灰；挖掘機、推土機進行悶灰及灰土翻拌處理。根據分段實施期間所用半成品料方量進行路液噴灑及水泥翻拌工作。由于施工區通行能力及道路鋪設工作面及原地基承載力所限，采用拖拉機及3輪裝載車進行運輸。人工進行攤鋪,選用3～8 t壓路機碾壓成型。當天鋪設土工布，飽水養生1周，自然陰干后撤除土工布。試驗區域的斷面示意圖如圖2所示。

圖2 砂石路斷面示意圖Fig.2 Schematic diagram of sand gravel road section

從圖2可以看出，現場原土整理成梯形平堆。技術人員丈量平堆方量，根據配合比，指揮挖掘機均勻鋪撒高純氧化鈣。挖掘機翻拌均勻后，悶制高純氧化鈣4天。第5天推土機進場，挖掘機配合，一起拌勻消解后的高純氧化鈣。技術人員取當天預處理完成的半成品料若干。測定半成品料含水率，并記錄。用當天半成品料制作標準試件1組3個，并保濕養護，留樣封存。實驗室制得的試件如圖3所示。

圖3 基于改性素土地坪的綠道材料試件Fig.3 Greenway material specimen based on modified plain land

從圖3可以看出，標準試件制作期間，做好相關數據記錄及標識。在以上流程完工之后，需要對得到的綠道鋪設材料進行力學性能方面的測試。技術人員根據設計要求，現場確認并路床放樣。技術人員指揮挖掘機根據現場放樣，進行路床整形。整形初步結束后，技術人員復查，根據復查情況再進行局部修整。測試結果分別從抗折強度、抗壓強度以及耐磨性能方面進行測試[18-20]。在抗折強度中，使用40 mm×40 mm×160 mm的水泥抗折夾具進行測試。抗折強度計算公式：

(1)

式中：Ff為抗折破壞荷載；L為2支撐壓輥間距；b為試件的截面邊長。抗壓強度的計算公式：

(2)

式中：Fc為抗壓破壞荷載；A為試件的受壓面積。耐磨測試中磨損降低率的計算公式：

(3)

式中:g1、g2分別為磨損前后的質量；S為磨損面積。在以上試驗過程中，對本設計的基于改性素土地坪的綠道材料進行測試，得到的磨損的試件如圖4所示。

圖4 測試后的試件形態Fig.4 Test piece shape after test

在測試過程中獲取到相關的過程參數結果，并對不同技術下的綠道材料性能進行對比與分析。

2.2 試驗結果分析

本設計的改性素土地坪的綠道材料試樣與傳統的綠道材料試樣在不同的齡期抗折強度的變化情況結果如圖5所示；抗壓強度變化情況結果如圖6所示。

圖5 不同試樣在不同齡期下的抗折強度Fig.5 Bending strength of different specimens at different ages

圖6 不同試樣在不同齡期下的抗壓強度Fig.6 Compressive strength of different specimens at different ages

根據公式得到的不同試件不同齡期下的磨損量降低情況結果如表1所示。

表1 綠道材料試樣磨損量降低率Tab.1 Reduction rate of wear of greenway material sample

由表1可知，在不同的綠道材料中，本文所設計的基于改性素土地坪的綠道材料總體上的抗折強度、抗壓強度以及磨損降低率等方面的指標均優于傳統的綠道材料試樣。

3 結語

在道路建設過程中，利用可降解生態材料和簡單材料代替污染較大的材料，是目前時代發展過程中的主要趨勢。本文所設計的基于改性素土地坪的綠道材料提升抗折、抗壓能力的同時，還能夠提升面層景觀復古效果，令道路材料原色顯現，與周遭環境交相呼應。本文結合現有的施工工藝特點，在一些特定材料的使用中，在技術層面上進行了一定的改進。試驗結果表明，目前該項技術已在小范圍工程建設中取得了一定的效果。但本設計還有不成熟的地方，在未來的研究過程中，就材料選擇和施工工藝，還需要進一步加強研究。