句明亮
(中铁十九局第三工程有限公司,辽宁 沈阳 110122)
常年以来,石灰在土的固化中发挥着重要作用,但石灰为高污染材料,近些年价格较高,品质不稳定,因此,传统的三合土配合比逐渐被摒弃。本文应用最新型土质固化剂,混合硅酸盐水泥、粉煤灰、砂、石等,研究其强度最优配合比。分析 7d、28d、90d 的无侧限抗压强度确定固化剂、水泥等材料在土壤中的最佳掺量,以实现工程应用中具有良好的性价比。
固化剂为上海同博材料科技有限公司生产,为无机类固化剂,主要由硫铝酸盐类、早强组分和激发组分等复配而成。试验用土的性质见表1;水泥为亚泰42.5 级的普通硅酸盐;粉煤灰为铁岭热电厂生产的I 级粉煤灰;砂为中砂,细度模数为2.3;碎石为0.5-1cm 石灰岩碎石。
表1 土的物理力学性质
依据 《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》 (JTG E51-2009)进行试验。圆柱体试件高∶直径=1 ∶1,压实度 95%,每次成型 9 个。将规定质量混合料分 3 次装入试模,每次用试棒插实,将试模放在框架千斤顶上,加压到上下压柱压到试模后静压 1min,然后放到脱模机上脱模。试件标准养生 6 天浸水 1 天。
试验前,将试件表面刮平,记录试件最大压力 ,计算出试件的抗压强度,结果见表2。
表2 配合比及试验结果
续表
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从表2 中可知:当无固化剂,即使每立方米中加入200kg 胶材,其7d 抗压强度降低近50%,说明固化剂对抗压强度有明显的贡献。主要原因是:固化剂水化反应生成大量无定型凝胶状CS-H、针棒状结晶 AFt、CaCO3等,能够把土壤固体颗粒包围并粘结在一起形成强度,AFt、碳酸盐等则起支撑与填充作用,从而提高了固化土的强度。
(1)固化组分的影响
选取胶材为 100kg、150kg、200kg,分析固化剂对三合土无侧限抗压强度的影响,见图1。当胶材为150kg 和200kg 时,随着固化组分增加,无侧限抗压强度逐渐增长,当固化剂为2.2kg 时,强度最高,但固化剂从 1.8~2.2kg 强度增长速率比 1~1.8kg 要慢。当胶材为 100kg、固化组分达到1.5kg 时,其强度最高,随后随着固化剂的增加,其抗压强度降低,可能是因胶材数量不足,拌合性不好造成的离散。
图1 固化组分对无侧限抗压强度的影响规律
(2)土含量的影响
如图2,当胶材为150kg 时,随着土的增多,强度逐渐下降,土为70%~75%,强度趋于稳定;当胶材为100kg 时,随着土的增多,强度先增加后减少,再增加,土在 65%~70%,强度趋于稳定;当胶材为 200kg 时,随着土的变化,无侧限抗压强度波动较大,当土在70%出现了最高强度。总体来看,当土在70%时,强度在较高的区间稳定。
图2 土含量对无侧限抗压强度的影响规律
(3)胶材变化的影响
图3 可以看出,当固化组分为1.0kg 时,随着胶材的增加,试块的无侧限抗压强度开始增加不明显,当胶材超过150kg 以后,随着胶材的增加,强度明显提高;当固化组分为1.8kg 时,随着胶材的增加,试块无侧限抗压强度逐渐增加;当固化组分为2.2kg 时,随着胶材的增加,试块的无侧限抗压强度逐渐提高,但当胶材超过150kg 以后,其强度增长率有所降低。
图3 土含量对无侧限抗压强度的影响规律
图4 为胶材为150kg 时,随着龄期的增长,强度逐渐增大。在90d 龄期范围内,强度与龄期呈线性增加,主要原因有:随着龄期的增长,水泥进一步水化;粉煤灰二次水化效应发挥,进一步提高了后期强度。
图4 无侧限抗压强度与龄期的关系
通过试验参数分析得出如下结论:
(1)当胶材为 150-200kg 时,随着固化组分增加,无侧限抗压强度逐渐增长,当固化剂为2.2kg 时,强度最高;
(2)当胶材为 200kg 时,土的掺量在 70%时,强度在较高的区间稳定;
(3)当胶材超过 150kg 以后,随着胶材的增加,强度明显提高;
(4)在 90d 龄期范围内,固化土随着龄期的增长,强度逐渐提高。