离子-聚合物复合土壤固化剂稳定路基土性能研究

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各种石材和水泥、石灰是建设公路的主要原材料,如今随着基础建设的逐步完善,大量工程的消耗使材料短缺问题日益突出。大量的山石开采造成植被破坏、水土流失,水泥石灰的生产造成环境污染,选择合适的筑路材料,减少采石是解决问题的关键。本文引入一种新型离子-聚合物复合土壤固化剂(APS),在部分土质环境下,APS能够替代石灰、水泥等传统材料固化软弱路基土,也可以直接铺筑低等级道路或临时道路,还可用于农业和水利建设的土工工程。
  为了研究新型土壤固化剂APS的固化性能,本文选用重庆地区公路工程中常见的红粘土和黄土及佛山地区一种粉土进行固化研究其固化效果,并验证稳定土用作路基填料的可行性。首先通过含水率和酸碱度,颗粒筛分,界限含水率试验,研究了三种试验土的物理性质;然后通过击实试验和无侧限抗压强度试验,确定固化剂的最佳掺量;再由加州承载比(CBR)、劈裂试验、回弹模量试验和直剪试验对APS稳定土的路用性能进行分析,并进一步研究含水率、龄期、压实度对APS稳定土路用性能的影响;最后对比石灰和水泥稳定土路基,分析了APS稳定土作为路基填料的经济成本,并通过固化剂成分分析和盆栽植物生长试验探讨了APS固化剂的环保效益。
  研究发现:(1)三种APS稳定土作为路基填料完全能满足路用性能要求,且红粘土固化效果最好。APS稳定红粘土的最佳掺量为0.5L/m3,稳定粉土的最佳掺量为0.3L/m3,稳定黄土的最佳掺量为0.5L/m3。APS稳定红粘土养护3d即可达到1.05MPa-2.23MPa抗压强度,相比于石灰和水泥稳定土的养护龄期,APS龄期优势大;
  (2)三种试验土在相同APS掺量(0.3L/m3)和3d龄期时,无侧限抗压强度红粘土比黄土高47%,比粉土高87.6%;APS固化剂在降低粘土颗粒的膨胀性和提高土体CBR值等方面具有良好的效果,击实98次时,红粘土CBR值增大89.7%,黄土增大58.3%,粉土增大22.5%;
  (3)压实度越高,回弹模量越大,98%压实度时回弹模量比素土提高50%;最佳掺量时三种稳定土的劈裂强度相较于素土大大提升,且尤以红粘土的增幅最大;APS固化剂通过一系列物理化学反应,形成排列更加致密的层状堆叠结构,增强了土颗粒间的结合强度、剪切强度和稳定性。
  (4)APS固化剂是离子聚合物型固化剂,本身不含有毒重金属,试验土均是常规路基土,不含污染源,符合国家固体废弃物排放标准,用其作为路基回填材料无二次污染问题,对植物发芽生长没有抑制影响,对环境友好且能节省成本。
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