QJ型土壤固化剂作为一种新型胶结材料应用于公路路面基层中,取代水泥、石灰等胶凝材料,它比水泥、石灰性能更加优越。应用土壤固化技术可就地取材,确保工程质量、加快工期、降低工程造价。QJ型土壤固化剂是一种质优价廉的新型筑路材料。
1、QJ型土壤固化剂稳定土组成材料的性质
1.1 QJ型土壤固化剂
采用四川青神生的产粉状QJ型土壤固化剂,主剂由水泥、石灰等材料组成,添加剂主要由羧基化合物及有较强混合能力的胺基碘酸类等高聚物组成,细度在0.074mm标准筛上筛余量不得超过15%。
1.2 QY型二灰
QY型二灰是指水泥和石灰,水泥和石灰与QJ型土壤固化剂的主剂相同,技术性质满足规范要求。
1.3 碎石
采用重庆的石灰岩破碎的碎石,最大粒径≤40mm,其级配组成见表1,碎石压碎值为13.5%,满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034—2000)的规定。
表1 碎石级配组成
筛孔尺寸/ mm 40 30 20 10 5 2 1 0.5 0.075
通过时分率/% 100 95 78 62 50 38 25 12 2
技术标准/% 100 90~100 60~85 50~70 40~60 27~47 20~40 10~30 0~15
1.4 土
试验用土为粉碎新鲜页岩,根据《公路土工试验规程》(JTJ051—93)没得液限Wp=34%,塑限WL=18%,塑性指数Ip=16%,其粒径≤5 mm。
1.5 水
本次室内试验研究采用的是自来水,在施工中人或牲畜饮用水即pH值<5的水源均可使用。
2 QJ型土壤固化剂稳定土的最佳配合比
2.1 成型试件的配合比
为了找到QJ型固化剂稳定土的最佳配合比及不同剂量固化剂稳定土的物理力学特点,本次研究在室内试验分别做了QJ型土壤固化剂掺量分别为土的8%、10%、12%等3个不同比例(固化剂与土质量之比),土与石比为:土:石=35:65、45:55、50:50和55:45等4个不同比例的混合料,按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057—94)成型试件,标准养护,分别测定其1d、3d、7d不同龄期的无侧限抗压强度,其试验结果见表2。
表2 不同固化剂掺量、不同土石比与不同龄期的抗压强度比较
龄期/ d 土:石=35:65 土:石=45:55 土:石=50:50 土:石=55:45
QJ掺量/% QJ掺量/% QJ掺量/% QJ掺量/%
8 10 12 8 10 12 8 10 12 8 10 12
1 0.84 1.14 1.20 1.44 1.60 1.48 1.48 1.86 1.74 1.60 2.1 2.3
3 1.04 1.16 1.22 2.1 1.84 2.3 2.1 2.4 2.4 2.4 2.5 2.7
7 1.06 1.10 1.22 2.2 1.54 1.82 2.1 2.0 1.98 2.0 2.0 2.1
注:1、1 d和3 d龄期试件测试未浸水
d龄期强度值为标养6 d,浸水24h后测得的。
根据表2试验结果,同时考虑到工程造价因素,通过比较,最后确定土石比为50:50时固化剂掺量为页岩土质量的10%时为最佳配合比,以后进行的各项性能试验研究都是在最佳配合比基础上进行的。最佳配合比的标准密度(最大干密度)为2.26g/cm3,最佳含水量为7.0%,以后各项试验研究所用试件都是按照标准密度用静力压实在型。
2.2 最佳配合比的无测限抗压强度试验结果
无侧限抗压强度试验是在确定的最佳配合比(土:石=50:50,QJ土壤固化剂掺量为页岩土质量的10%)基础同用静力压实成型法制备的一系列试件,试件的养护条件控制在温度(25±2)℃,相对湿度大于90%,试件测试前均浸水24h,试件取出后用毛巾擦拭干净表面水分,置于测力计上测试。QJ型固化剂稳定碎石土无测限抗压强度试验结果见表3。强度与龄期的关系曲线见图1。
表3 QJ、QY2种固化剂稳定土的强度测试结果
Mpa
固化剂 7 d 28d 60d 90d 180d
QJ 2.0 3.1 3.2 4.3 4.6
QY 1.72 2.8 3.0
图1 不同固化剂稳定碎石土强度增长与龄期的关系(略)
2.3 QJ型土壤固化剂与QY型二灰稳定土性能对比
在进行QJ型固土剂稳定碎石土研究的同时,还研究了用QY型(仅由水泥和石灰混合而成)二灰稳定土做对比性能试验,以确定QJ型固化剂稳定土的效果。对比试验中土石比例不变,QY二灰掺量相同。QJ和QY固化剂稳定碎石土同条件、同龄期的强度对比见表3。
从表3和图1可以看出,随着龄期的增长,28 d以前强度增长较快,28d~60d强度增长较慢,60 d~90d、180d强度继续保持较快的增长速度,龄期相同时QJ型固化剂稳定碎石的强度比QY型二灰稳定碎石土的强度高。主要是因为QJ型固化剂是由水泥+石灰+高聚物组成,早期水泥与水反应罗快生成水硬性凝胶体,使其有较高的强度,后期由石灰凝结与土作用使其强度得到进一步的增长,所以QJ型固化剂稳定土的整体强度早期增长较快,后期亦不断增长。同时由于固化剂与水泥 、石灰离子和土结合,增强了混合料的粘结性,从而增强了固化剂稳定土的抗掺性和防裂性。