1、土质固化剂在道路工程中的应用【摘要】随着道路建设需求的增加，传统建筑材料的匮乏和对资源的严重破坏，迫切需要寻找新的技术、材料来解决这一矛盾。复合固结土路面基层材料以其技术指标和路用性能优良、节能环保，经济效益、社会效益和环保效益显著的特点正逐步被认可和广泛使用。作为新型的技术材料，需要更多的、不同条件的道路工程进行实验应用，通过对工程数据的分析，积累更系统、更安全的技术参数，使得该项技术不断的完善和升级。 【关键词】土质固化剂复合固结土 路面基层施工工艺 【 abstract 】 with the increase of road construction demand, the lack o
2、f traditional building materials and a serious damage of resources, is an urgent need to find new technology, material to solve this contradiction. Composite consolidation soil pavement base materials for its technical indicators and road with excellent performance, energy conservation, environmenta
3、l protection, economic benefit, social benefit and environmental benefit is remarkable characteristics is gradually recognized and widely used. As a new technology of material, need more, the different condition of experiment road engineering applications, through the analysis of engineering data, a
4、ccumulate more security systems, technical parameters, making the technology constantly improve and upgrade. 【 key words 】 soil curing agent composite consolidation soil road base construction process 中图分类号：U414 文献标识码：A 一、土质固化剂介绍 1、固化剂的发展情况及现状 随着经济的快速发展，我国的道路建设在迅速增加，石灰、碎石、水泥等路基材料的需求在不断的增加，伴之而来的是能源的消
5、耗和环境的破坏。寻找新的替代材料，成为我们必须要面临的问题。相对在路基材料方面的研究相对少些，自上世纪九十年代国外已经开始研究这个领域，一些产品和技术进入我国相对较晚。 在路基材料替代品中，目前主要的产品是土质固化剂，这种技术的应用，实现了依靠天然建筑材料向人工合成材料的转变，从节约能源角度出发，开辟了一条崭新的方法。该项技术是以天然土壤为主要材料，适当加入水泥、石灰等凝结材料，均匀拌和后掺入稀释后的固化剂溶液，经过均匀拌和后按照传统的道路施工方法，经摊铺、碾压、养生等是改革工艺，最终形成强度很高的道路基层结构。此种工艺的使用，在保证工程质量的前提下，减少了石灰粉煤灰沙砾、碎石、天然级配碎石等
6、传统路基材料的使用数量，减少了土方的外弃和倒运工作量，大大降低了施工成本，节约了自然资源的开采和环境的保护。 由于此项技术还处于普及和推广阶段，而道路建设特别是高速公路建设，是一项投资很大的基础设施建设，其巨大的社会影响和经济利益使得各建设单位对此项技术的应用必须非常谨慎，所以该项技术目前主要用于高等级公路的底基层和低等级公路的基础，只有通过不断的实验数据的积累和工程的检验，才能逐步的被认可和广泛使用。土壤固化剂除了在道路基层中应用，在一些传统的如基坑处理、软土基础处理等方面也有广泛的应用。 2、固化剂工作原理 构成土体强度和稳定性的主要因素是土颗粒之间的作用力，而土颗粒之间的空隙、土颗粒之间
7、的电荷作用力、水分子的形态等因素是影响作用力大小的主要因素。传统的复合土是通过掺入水泥、石灰等细颗粒物质，各种颗粒间通过物理化学反应增加胶结作用力和通过压缩土颗粒之间的空隙来增加土颗粒之间的原始粘聚力。一般传统的工艺是通过机械压实，减少材料间的空隙保证胶结材料和土颗粒之间更好的发生作用，不能解决颗粒表面的电荷之间相互排斥作用，影响了整体结构的粘结力。土质固化剂对土质的作用是一种综合行为，既有物理吸附和缠绕又有化学反应。固化剂是由激发剂、催化剂等活性物质、电解质和表面活性剂组成的一种混合溶液，它通过平衡土颗粒表面的电荷，减薄微颗粒表面双电荷的厚度，加强混合料的化学反应和物理化学反应的过程，从而提
8、高混合料的强度。通过固化剂的化学作用，使得混合料颗粒之间的距离非常紧密，减少了结构之间的空隙，同时使得一些开孔隙成为封闭隙，在提高结构强度的同时提高了混合料结构的抗水性。 3、固化剂的特点及优势，与其他混合料的性能对比 目前根据室内和室外的实验数据，复合土的最佳配合比范围是：水泥或石灰：4%6%，固化剂：0.01%0.03%。最为传统材料的替代品，在道路基层结构的无侧限抗压强度、抗弯拉强度、冰冻稳定性、水稳定性、低温收缩性等几个主要工程性能要求方面满足要求的前提下，其经济性十分明显。 （1）根据不同组、不同配合比、不同龄期的复合土 7d 无侧限抗压强度指标：石灰类复合土1.0MPa，最高可达到
9、 2.44MPa；水泥复合土1.5MPa，最高可以达到 3.0MPa；其后期强度 28d、90d 强度提高幅度更大，最高可以达到 8.1MPa。对于粘性土而言，其固化剂最近用量在0.0150.025%，随着水泥含量的配合比而变化。在不同土质条件下，粘性土强度最高、粘结材料和固化剂最低，复合土的性价比最高，粉质土次之，碱性土和砂性土相对小些。 （2）根据不同土组、不同配合比、不同龄期的复合土 90d 和 180d龄期的抗弯强度的实验参考值为：石灰类复合土 0.450.68MPa，水泥类复合土 0.490.69MPa，石灰水泥综合类复合土达到 0.77MPa。对比目前其他各类基层的实验数据，掺加固
10、化剂的复合土的整体水平介于水泥碎石（0.40.6）和二灰碎石（0.60.8）之间，而要高于二灰土、水泥石灰沙砾土等传统材料，石灰水泥综合复合土可以达到二灰碎石的水平。这说明在一些要求等级不高、土质条件好的条件下，复合土的可以取代二灰砂粒基层。 （3）根据实验室对复合土进行冻融循环实验结果表明，石灰类复合土 28d 龄期 5 次冻融循环的耐冻指数在 0.510.64 之间，90d 龄期 10 次冻融循环的耐冻性指数在 0.450.58 之间；水泥或者水泥石灰综合类复合土 28d 龄期 5 次冻融循环的耐冻指数在 0.660.81 之间，90d 龄期 10次冻融循环的耐冻性指数在 0.600.75
11、 之间；与传统的二灰碎石和二灰土相比，其抗冻性能要好些，说明非常适合在北方寒冷温差较大的地方使用。 （4）在基层材料很重要的水稳定性和低温收缩性方面，以往的实验数据表明，复合土的水稳定性较石灰土或者水泥土而言有很大的提高，这一点与固化剂的工作原理相吻合。在低温抗裂性指标方面基本与二灰碎石接近。 二、施工过程中的重点控制环节 1.土样实验 作为化学添加剂，施工状态下各个原材料的技术指标的稳定性和一致性对结果有着十分关键的作用。在设计阶段，要针对工程环境的土质环境和土源做好充分的调研取样，做好详细的土质分析，目的是保证实验数据的代表性和稳定性，为复合土的配合比设计提供更好的数据，能够发挥固化剂的功
12、能性和经济性。施工前应该对使用的土源土样进行复测，以保证施工用土源与设计阶段保持一致。固化剂的剂量严格按照实验数据进行配制，施工过程中应该充分拌和，保持固化剂稀释溶液均匀。2.拌和控制 材料均匀性的控制：作为复合土结构的主要原材料，土的均匀性是很重要的，所有在选取土源和摊铺时，尽量将土颗粒粉碎，将最大尺寸控制在 15mm 之内，避免有大块或者其他杂物。固化剂溶液配制前要摇匀，根据施工现场的天气情况、施工温度、土的含水量综合考虑，力求保证最后的拌和材料在最佳含水量的情况下碾压，保证施工效果最佳。 施工拌和工序的控制：复合土的最终强度很大程度上取决于混合料的拌和均匀性，主要体现在粘结材料和固化液的
13、拌和均匀。施工过程中对粘结材料的虚铺厚度和固化剂溶液的浓度都要严格控制，尽量采用灰土拌和机和洒水车等专业拌和设备，避免因为材料拌和不均匀导致结构层出现薄弱环节。根据施工现场条件，最好采用集中拌和及时摊铺的方式，保证拌和土的质量。 三、在完成标准化仍然面临的问题 1、基础实验数据的积累 作为一种化学添加剂，对复合土各种原材料的物理化学性质和配合比数量的变化十分敏感，对复合土的效果影响也比较大。我国国土面积大，地理形态复杂，需要收集不同的区域、不同的土样、环境、气候条件下的大量实验数据，对后期的效果进行对比分析，最终确定不同地区的数据范围和使用效果。因此，该项技术的标准化进程，需要大规模的不同地区
14、、不同条件、不同等级的实体工程来提供大量的实验数据。该项技术的推广速度和基础数据的真实统计，对其标准化进程有着十分关键的作用。 2、与道路设计理论模型的一致性 固化剂复合土与传统复合土相比较，其强度高、密度更大、防水性更高、表面相对光滑，所以面临着层间的应力关系和相互作用条件是否会发生变化的问题。现在的道路设计理论是层间连续，结构层之间的作用力对于整体道路结构的强度有着很大的影响，特别是对于高等级道路结构来讲，在大交通量和荷载作用下，结构层的整体性显得更为重要。目前施工中为了避免类似情况发生，主要采用增加施工进度，保证各层之间连续施工，争取在强度最终形成期间完成上层结构，同时利用上层结构进行养生。对于最终的结果如何，是否存在 其他问题，需要更多的实验数据来提供支持和解决方案。 3、施工中的可操作性 对于固化剂溶液稀释的精确控制、喷洒均匀度控制、拌和均匀度控制和土壤实验数据的测定等几个关键环节，存在着很多人为控制因素和检验方法不便捷性，同时所有过程是不可逆或者返工的成本太高，这大大增加了质量控制的不确定性。随着各种现代化施工机械的普及，使得加快标准化进程成为可能。 参考文献： 1、 复合固结土路面基层技术指南吉林省松原市交通局 2、 复合固结土路面基层技术 刘全忠
