土凝岩改良盐渍土无侧限抗压强度试验研究

刘晶磊 魏宝川 杨 烁

(1.河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室，河北 张家口 075000；2.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

0 引 言

盐渍土是碱土、盐土以及各种碱化、盐化土壤的统称.土壤盐碱化在我国比较普遍，盐渍土总面积在我国占比约10.3%[1].当盐渍土被用作公路路基时，公路路基容易发生盐溶胀、溶陷、变形、翻浆和侵蚀等病害，严重影响公路工程的施工质量[2]，因此盐渍土的改良变得迫在眉睫.

研究盐渍土的改良和恢复技术，以提高盐渍土地区公路工程的耐久性，具有很高的经济价值[3].目前，关于盐渍土改良的研究有很多，并取得了许多成果.徐健等[4]用水泥改良新疆某地区的盐渍土，然后对该改良土进行溶陷试验，主要探究了水泥含量和养护龄期对改良土的可溶性特征的影响.结果表明：水泥拌合料固化一段时间后，改良后的样品经压缩溶陷试验后发现变形相比改良前明显减小，溶陷系数随水泥掺合比的增加呈指数衰减特征.梁俊义等[5]通过室内试验发现了滨海高速公路路基用改良盐渍土的可行性，研究了石灰+水泥+SH土壤固化剂改良盐渍土的效果.结果表明，改良后的盐渍土的抗压强度及水稳定性均优于改良前.于新等[6]研究了不同改良剂对盐渍土微观结构的影响，结果表明：改良剂可以提高盐渍土的强度.张家兴等[7]使用抗盐胀固化剂和水泥来改善盐渍土，并研究了固化剂和盐含量对改良土壤溶胀和力学性能的影响.试验结果表明，固化剂SD可抑制膨胀并保持其强度的性能优于纯水泥.刘霜等人[8]将水泥及TX固化剂作为改良剂，通过室内试验发现改良土的强度主要受养护龄期影响.叶军[9]在室内用水泥改良后的黄土搭建路基模型，发现其密度相比于未改良的土搭建的路基模型要大，其强度也提高.

以上研究对盐渍土的改良起到了很好的推进作用，但是，由于自然降水和温度变化的影响，道路工程路基将经历干湿循环和冻融循环.这样的循环使土壤的结构和性能发生较大的变化，严重影响了路基土的强度.因此，此次试验以青海省某二级公路附近的盐渍土为例，将土凝岩当做改良剂，将其按一定比例掺入到盐渍土中，然后探究盐渍土在改良后的耐久性能在受到干湿循环和冻融循环作用后的变化规律.

1 试验材料及土样配置方案

1.1 试验材料

试验中使用的盐渍土取自青海省格尔木地区的一条二级公路附近，属于粉质粘土.经测定，盐渍土壤的平均盐含量约为2.8%.采用筛分法和密度计的组合试验，表1给出了被测土壤的颗粒等级.在实验过程中根据一定的比例将上述的盐渍土与土凝岩混合、调配成土凝岩改良盐渍土.此次试验采用DHT土凝岩，其主要是由一些工业废料制得，不仅可以当做一种固化剂来提高土壤的各种性能，而且改良后的土壤可以像石灰水泥等一样被应用于工程建设中，并且其还具有廉价、环保等诸多优势.表2给出了它的性能指标.

表1 试验土样颗粒组成

表2 DHT土凝岩性能指标

1.2 试验方法

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[10]制定试验步骤：先用温度保持为105℃的烘箱将试样进行烘干，然后通过击实试验测得其最大干密度和最优含水率.根据测得的密度及含水率计算出制作一个试验试件所需要的试验土、DHT土凝岩含量以及水的用量.将其进行搅拌后再根据试验需要试件的压实度，通过漏斗将一定质量的混合料加入到模具(高度与直径均为50mm)中，然后将装满混合料的模具放到液压脱模机正中央进行压实、脱模，脱模完成后用保鲜膜将试件密封并编号放入温度设定为20℃±2℃的养护室中养护到相应龄期后进行具体试验，每组做6个平行试件.试验时用压力机(加载速率为每分钟1mm)测试试件强度，试验结果取平均值.

1.3 试验方案

1.3.1 击实试验实验方案

原土料经电热鼓风干燥箱内烘干，然后经过5mm的圆孔筛，每个击实筒放2500g混合料，混合料包括黄土，固化剂和水，不同掺量和不同含水率对应的土体质量不同.试验前将黄土和水搅合均匀放在塑料袋中密封焖12h，12h后将固化剂按算好的质量加入焖好的土料中，搅拌均匀后分五次装入内壁涂抹凡士林的击实筒内，每次放入质量500g左右，每层击实27次，然后进行下一次填料、击实，直至击实五次结束，然后将表面多余的土用刮土刀移除，直至土体表面与击实筒上表面平行，然后用脱模机进行脱模，称重.按下面公式1-1换算出混合料的最大干密度，由此得出最大干密度和最佳含水率.

(1)

式中：ρd—混合料的干密度(g/cm3)；ρ—混合料的湿密度(g/cm3)；ω—混合料的含水率(%).

1.3.2 强度试验实验方案

(1)制件

如击实试验一样，将土样用干燥箱烘干其水分，然后用5毫米的圆孔筛将土样筛分，根据测的土样干密度及含水率进行调配焖土.待土样焖土完毕后将土凝岩、水泥以及石灰三种改良剂加入土样中，搅拌均匀.计算出试件所需混合料的质量.然后将其分多次灌入试模内，根据规范要求每次灌入后都要用夯棒均匀搅实.然后将试模放在压力机进行加压，加压时长两分钟.

(2)养护

用脱模机将试件脱模，为减小环境对试件带来的影响，需在短时间内快速记录试件的高度、直径以及质量等.结果精确到0.01mm.随后试件需被保鲜膜封存放至养护室进行养护.

(3)压件

在达到相应的养护天数后，取出试件并且重新记录其养护后的高度、直径和质量，然后用路强仪进行无侧限抗压试验，根据式1-2得出其无侧限抗压强度值.

(2)

表3 强度试验参数明细表

2 试验结果与分析

2.1 击实试验结果与分析

击实试验就是为了模拟施工场地中的压实原理，在室内使用规范所规定的方法和操作流程，通过仪器产生的荷载对土样进行夯实，以确定所测土样的最大干密度和最优含水率[11].

由图1得，DHT土凝岩掺量为6%～14%时，改良土的最优含水率在11.7%～12.8%之间.并随改良剂掺量的增加而增大，且各土凝岩掺量对应的最优含水率都大于原盐渍土的最优含水率.这是因为土凝岩属于土壤改良剂，当土凝岩与盐渍土掺和后，经过物理化学反应后改变了改良土的工程性质，降低了改良前的盐渍土中的自由水，增加了其中的结合水，从而增大了最优含水率，且固化剂掺量越多最优含水率越大.

图1 最优含水率随土凝岩掺量变化曲线图 图2 最大干密度随土凝岩掺量变化曲线图

由图2得，DHT土凝岩掺量为6%～14%时，改良土的最大干密度在1.89g/cm3～2.03g/cm3之间.并随改良剂掺量的增加而减小，且各土凝岩掺量对应的最大干密度都小于原盐渍土最大干密度，这是因为土壤固化剂减小了盐渍土的压实性，使得改良土颗粒与颗粒之间的吸附性降低，同时使土壤表面的粘性胶团减少，使改良土变得不易压实从而降低了改良土的压实度.且固化剂掺量越多最大干密度越小.

2.2 无侧限抗压强度试验结果与分析

为探究改良土无侧限抗压强度与含盐率的关系，试验采用压实度为93%，分别研究土凝岩掺量为8%、10%、12%以及养护龄期7d、14d、28条件下无侧限抗压强度随含盐率的关系，并绘制拟合曲线如图3所示.表4给出了相关的拟合公式.

表4 拟合公式

(a)掺量8%

(b)掺量10%

(c)掺量12%图3 无侧限抗压强度对含盐率关系曲线

由图3得，随着改良土的含盐率的增加，无侧限抗压强度值逐渐减小，可以直观的看出，在含盐率在0.6%～2.8%之间增加时，其抗压强度值的减小速率比在含盐率在2.8%～5%之间增加时要快，改良剂掺量增加的同时改良土的抗压强度值增大.同时可以看出试件的抗压强度会同其养护龄期同步变化.

3 结论

本文分析了土凝岩作为改良剂，改良盐渍土的无侧限抗压强度，在本试验条件下得出以下结论：

(1)改良剂含量增加会导致改良土最佳含水率上升，并且不同掺量下的改良土的最佳含水率均大于原始盐渍土的最佳含水率.改良剂掺量增加会导致改良土最大干密度降低，但是不同掺量的改良土对应的最大干密度均小于原始盐渍土的最大干密度.

(2)改良土的无侧限抗压强度与含盐量呈负相关，即随着改良土中的盐含量的增加，其抗压强度逐渐下降，但减少的速率逐渐降低.相反，其抗压强度与养护龄期呈正相关，即养护龄期增加，其改良土强度降低.