生物酶土壤固化剂应用分析

于广和

（黑龙江省高速公路管理局，黑龙江 哈尔滨 150040）

路面结构的基层是主要的承重结构层。基层材料在车辆荷载和环境的综合作用下发挥力学特性，对路面结构的使用性能具有十分重要的影响。派酶是一种生物酶，可作为基层材料的固化剂。派酶加固土自身力学性质应包括无侧限抗压强度、劈裂强度、抗弯拉强度、抗弯拉以及回弹模量等。

1 材 料

1.1 试验用土

试验时，在距地表1.5～3.0 m 范围内取得试验用土，土样颜色略呈黄色，文献［2］中对它的物理、化学性质的各项指标进行检测，分析结果如表1所示。

1.2 水泥

试验选用天鹅牌P.O32.5＃普通硅酸盐水泥，各项物理及力学指标如表2所示。

表1 土壤物理性质

表2 水泥的物理指标

1.3 固化剂

试验时土壤固化剂选用生物酶固化剂——派酶固化剂，由美国生产。

2 试验方案和试验方法

2.1 试验方案

保持土质不变，研究派酶固化剂用量对加固土力学性能的影响，采用正交试验优化设计法进行各因素及水平的组合（见表3）。

表3 派酶加固土配比组成

2.2 试验方法

采用压实法对试件进行成型处理。按照重型击实标准来确定最佳含水量以及最大干密度（见表4）。

表4 派酶加固土的击实试验结果

3 力学性能评价

3.1 无侧限抗压强度

随着剂量的增加，各种配比的被加固土7d无侧限抗压强度均有一定幅度的升高（见图1），在不改变水泥剂量的情况下，将派酶用量不断提高，被加固土的强度则表现出先期随派酶用量增加而增加，而后反而随派酶用量增加而降低。

图1 派酶剂量对加固土强度的影响

3.2 抗拉强度

容许拉应力是路面设计的主要控制指标，结构设计时材料抗拉强度不易直接测试，通常由试验得出劈裂强度和抗弯拉强度来代替。

3.2.1 劈裂强度

如图2所示，派酶加固土劈裂强度较高，水泥剂量不变，随着派酶剂量的增加，劈裂强度逐渐提高，当剂量达到0.05%后，派酶加固土劈裂强度随剂量增加反而呈下降趋势。

以上试验数据可以看出，掺入派酶土壤固化剂的水泥加固土的间接抗拉性要优于普通的水泥加固土，并存在一个最佳用量。

图2 派酶剂量对劈裂强度的影响

3.2.2 抗弯拉强度

抗弯拉强度的测试在电液压伺服材料试验机上进行，加载方式为三分点加载。

如图3 所示，保持水泥剂量不变，派酶用量在0.05%最佳用量时，被加固土的抗弯拉强度达到最大值，相比较未掺派酶的加固土，抗弯拉强度最小，因此，可以得出这样的结论，派酶固化剂可提高被加固土的抗弯拉强度。

图3 抗弯拉强度结果对比

3.3 派酶加固土的模量

3.3.1 抗压回弹模量

对6%水泥剂量的派酶加固土试件进行抗压回弹模量试验。养生龄期分别为7d和90d，试验前将试件饱水24h。试验试件抗压回弹模量的测试使用路基路面材料强度试验系统，试验中加载板的计算单位压力采用0.6 MPa（见图4）。

图4 抗压回弹模量结果对比

试验结果可知，派酶用量为0.05%时，养生龄期为7d时，被加固土的抗压回弹模量为372 MPa；派酶固化剂用量为0.1%时，相同龄期试件的抗压回弹模量为366 MPa，而同龄期普通水泥加固土抗压回弹模量为343 MPa，随龄期增长，对比7d养护龄期的抗压回弹模量，两种派酶用量（0.05%和0.1%）在90d养护龄期时的抗压回弹模量分别提高了88%、89%，分别达到701 MPa、679 MPa与同龄期没有掺入派酶的加固土（仅加入普通水泥）相比，90d抗压回弹模量提高了70%。通过对比分析可知，派酶固化剂可提高土体的抗压回弹模量，并能够增强路面结构层的强度。

3.3.2 抗弯拉模量

通过对水泥混凝土抗弯拉弹性模量进行测试（间接获得抗弯拉模量），试验时将千分表固定在试件跨中截面，测试跨中挠度。

抗弯拉模量试验结果表明（见图5），水泥剂量对派酶加固土抗弯拉模量影响较大，6%水泥剂量的3组试件的抗弯拉强度比4%水泥剂量的试件分别提高了836MPa、913MPa、1 029MPa；保持水泥用量不变，0.05%的派酶用量使得被加固土抗弯拉模量最高，由此可知，派酶固化剂对加固土的抗弯拉模量有一定影响。

图5 抗弯拉模量试验结果对比

4 结束语

派酶固化剂对加固土的无侧限抗压强度、抗弯拉性能、抗压及抗弯拉模量都具有较大影响，派酶固化剂剂量为0.05%时是最佳用量，可作为公路基层材料使用。

［1］邓学钧.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］中华人民共和国行业标准.JTG E40－2007公路土工试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］高大钊，袁聚云.土质学与土力学［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］程培峰，李国栋.正交设计在加固土试验研究中的应用［J］.低温建筑技术，2008，2（3）：72－73.

［5］中华人民共和国行业标准.JTJ 057－94公路工程无机结合料稳定材料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，1994.

［6］中华人民共和国交通部.JTG E30－2005 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］中华人民共和国交通部.JTG D50－2006公路沥青路面设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.