固化剂稳定土路面基层应用研究

固化剂稳定土路面基层应用研究研究报告（简本）吉林省交通科学研究所松原市交通局1一、绪论1.1项目研究的目的、意义1.1.1该项目是针对平原地区修路难的问题而提出的。1.1.2固化剂稳定土材料的应用，可降低工程造价，促进经济发展，保护生态与环境。1.1.3通过研究可使固化剂稳定土路面基层的应用更规范，使修路变得更环保、更简单、更有效益。1.2国内外研究概况1.2.1国外技术现状国外使用固化剂筑路约有30年以上的历史，其中美国、日本、德国、澳大利亚、南非等国都处在研究与应用的前列。大量资料表明，在全球范围内土壤固化剂的开发、应用正在成为道路建设发展的新趋势，尤其固化剂的品种不断增多，应用范围也逐步拓展，应用技术也将日趋完善。1.2.1国内技术现状由于国外在固化剂的应用方面历史悠久，有很多的成功经验和成型产品，通过各种渠道进入我国的也很多。为了确定名目繁多的固化剂的使用效果，多年来国内对固化剂进行研究应用的很多，尤其对液体类固化剂。但对这些固化剂的研究，大多不系统或存在局限性。有的没有全面系统的室内试验，有的只修了些试验路，却没有系统的检测和合理的结论，所以限制了固化剂产品的推广应用。1.3主要研究内容（1）固化剂稳定土路面基层材料的力学性能、抗冻性能及抗收缩性能的研究（2）固化剂稳定土路面基层的施工工艺及质量控制方法的研究（3）对固化剂稳定土进行固化机理分析，作出了机理分析报告（4）固化剂稳定土适宜条件的研究（5）通过室内外试验对比研究提出固化剂稳定土路面基层材料的各项技术参数和技术指标，为路面结构组合设计提供依据。（6）编制了固化剂稳定土路面施工技术指南。二、固化剂稳定土的抗压力学性能2.1固化剂稳定土基层原材料的工程性质试验2.1.1固化剂稳定土中的固化剂项目组通过筛选和一些定性试验，最后确定对三种液体类固化1剂进行较深入的研究，即美国的RDS-8固化酶和EN-1固化剂,以及项目组自主研发的ZL-1固化剂。美国的RDS-8是有机酶类固化剂，其无毒、无腐蚀性；不易挥发、不易燃；对环境没有任何污染。而且是高浓缩液体状，分子结构非常稳定，常温下可长期储存；运输方便、用量较少，使用成本较低。EN-1也是美国产品，其为浓缩状液体，具有较强的酸性；并具有一定的挥发性和腐蚀性。ZL-1是参照EN-1的机理分析研究而研制的，是性状与EN-1相仿的国产化产品。三种固化剂均是液体类的，且都溶于水，使用非常方便。2.1.2有关土壤的物理性质试验为了验证固化剂的使用性能，我们选用了吉林省内筑路中有代表性的几种常用土壤和试验路所用土壤进行试验，具体有：①农安的粘性土；②松原的粉质土和粘质土、碱土和细砂土；③通榆的粉质土；④长岭的粉土和粘土等。对这些土质进行了有关物理指标的测试并进行工程分类。试验结果表明，所选用土的塑性指数比较离散，介于6.0%～15.5%之间，但多数土大于10%，属于粒径较细的低液限粘土或粉土。2.1.3有关碎石和砾石的试验对试验中所用碎砾石做了压碎值试验。2.1.4试验中所用石灰试验中所用石灰均满足现行规范要求。在试验研究中，考虑到石灰只是起辅助作用，所以试验中尽量使用Ⅲ级灰。2.2固化剂稳定土的无侧限抗压强度课题组应用三种固化剂，稳定不同种土，参配不同种添加剂，在不同养生龄期，不同养生条件下进行了大量的室内试验研究，共做试验约1000余组，成型大小试件万余个。从这大量的试验中筛选出优良配方，进行其它力学性质试验。2.2.1标准击实试验课题组对研究中所涉及的配方均进行了标准击实试验，从试验结果中可见，固化剂的加入，对材料的最佳含水量和最大干密度影响不大。2.2.2水稳定性试验根据现行的试验规程与规范的要求，试件在养生到龄期的前一天，要进行24小时饱水试验，测定其水稳定性。课题组在进行的大量试验中发现，纯细粒土及细粒土加33%碎石（重量比）的混合土中加入液体类固化剂其水稳性均不好，不能满足我国现有规范的要求。2通过查资料及技术咨询，得知温度和压力对固化剂的稳定作用均有利，为此课题组在研究中，对试件进行了高温养生和分级加压。下面是试验中实际情况的照片：见图2-1～图2-6图2-1图2-2图2-3图2-4图2-5图2-1为：素土加RDS-8酶的试件。1#、2#件为正常养生件，其它件为经过分级加压的试件，试件开始饱水泡入水中。图2-2为：饱水24小时后，LR4#不加压对比件（LR4-1、LR4-2）破坏，SR7#不加压件1小时破坏；加压件,十几个小时后破坏。图2-3为：LR4#加压件饱水后完好，测无侧限抗压强度为：0.71MPa图2-4为：26#是素土加RDS-8酶件，16#为纯素土件，60oC养生10小时后在饱水。图2-5为：16#和26#饱水后情况，素土件已破损，加固化剂件完好，测强度为：0.1MPa，强度降低较多。从试验结果可见，同样加固化剂的试件，加压的比不加压的试件水稳定性要好的多，而加固化剂的与不加固化剂的试件比，同样高温养生后加RDS-8固化酶的试件水稳性要好得多，说明温度和压力对固化酶在土壤中起作用是非常必要的条件。2.2.3标准养生时无侧限抗压强度固化剂稳定土的水稳定性问题是一个很重要而较难解决的问题，尽管路面被水浸泡的情况较少，但在固化剂稳定土强度还没有形成时（不加其它胶结材料时，其强度形成的过程还是相对较缓慢3的），大量雨水的浸泡也会使其强度受到影响，从而降低其使用性能。为此，课题组决定在固化酶稳定土中加入少量的石灰、水泥或一些化学试剂以提高其早期强度和水稳定性。大量的室内试验证明：（1）固化剂和石灰等结合料综合稳定土时，固化剂对稳定土强度的形成确实有作用；（2）从试验数据中可以发现，固化剂的加入有最佳使用范围；（3）由试验数据可见，在石灰剂量较小时（2%、3%），固化剂稳定土标准养生到一定龄期后的强度均增长缓慢甚至有下降的趋势。说明标准养生条件可能无法使固化剂充分完全地发挥作用。2.2.4非标准养生时无侧限抗压强度课题组在进行了大量的常规试验以后，发现RDS-8固化酶与无机结合料完全不同，用常规的标准养生试验方法无法很好地考证其真实的使用性能。而标准养生与实际应用时的条件相差甚远，为此，课题组改变试验条件，又做了大量的试验。（1）添加非固体结合料解决水稳定性问题（2）提高养生温度，考查温度对强度的影响（3）提高成型试件的压实度，考查压力对强度的影响2.3固化剂稳定土的抗压回弹模量基层材料的抗压回弹模量是表征材料刚度特性的一种指标，也是路面厚度计算中重要的参数。因此，对不同配合比的固化剂稳定土进行了室内抗压回弹模量试验。试验结果表明固化剂在和石灰或水泥综合稳定粉质土或粘质土时，其抗压回弹模量均较高，接近二灰碎石类的相关技术指标。而其对碱性土的稳定作用相对较差；三、固化剂稳定土基层材料的抗弯拉和抗冻性3.1固化剂稳定土间接抗弯拉强度（劈裂）试验对不同配合比的固化剂稳定土进行劈裂强度试验，得到该种材料的间接抗弯拉强度。试验结果表明固化剂在和石灰或水泥综合稳定粉质土或粘质土时，其劈裂强度均较高，其间接抗弯拉强度指标接近二灰碎石类的相关技术指标。而其对碱性土和对碎石土的相应指标也达到了石灰土或二灰土的相关技术指标。RDS-8固化酶稳定石灰土的试验数据说明，在石灰剂量只有3%时的抗弯拉强度与石灰土和二灰土的相关技术指标相当。3.2固化剂稳定土抗冻性试验4本项目在室内试验研究中对两种固化剂稳定土进行了5次和10次冻融循环试验，其都有一定的强度损失。ZL-1和石灰综合稳定土，五次冻融循环后，28天龄期强度损失为36%～49%；90天龄期强度损失为42%～55%；十次冻融循环后，90天龄期强度损失为68%～74%；ZL-1和水泥综合稳定土，五次冻融循环后，28天龄期强度损失为19%～34%；90天龄期强度损失为25%～45%；十次冻融循环后，90天龄期强度损失为58%～67%；但仍具有较高的剩余强度。EN-1和石灰综合稳定土的冻融强度损失与ZL-1相当。四、固化剂稳定土的抗收缩性能4.1固化剂稳定土低温收缩试验温度收缩试验主要是对不同配合比的固化剂稳定土基层材料在各级负温度作用下的收缩状态进行测试。从温度收缩试验结果可见，固化剂稳定土的收缩系数与常规基层材料的比较，低温收缩性能均好于常规半刚性基层细粒料类的稳定土材料。其收缩系数稍高于水泥稳定砂砾和二灰碎石。4.2固化剂稳定土的干缩试验为了探讨固化剂稳定土材料的干燥收缩性能，课题组对几种不同配合比的石灰类、水泥类固化剂稳定土进行了干缩试验，主要研究固化剂稳定土路面基层材料在强度形成过程中随含水量的变化而出现的收缩性能。其稳定土的最大线缩率结果见图4－1。图4-1稳定土最大线缩率试验结果表明固化剂水泥综合稳定土的干缩率均小于相应的水泥稳5.1试验路概况定土相应含水量时的干缩率。说明固化剂的加入使水泥稳定土的抗干缩能力得到提高。五、试验路修筑与检测5（1）课题开展以来共铺筑试验路五条，约3.9公里。（2）试验路分别应用于：乡道、四级公路、二级公路（3）试验路应用的层位：基层、底基层、垫层（4）试验路所涉及的配比共计27种，并修筑整层试槽17个。（5）多年来进行的推广使用约百余公里。5.2试验路的施工固化剂稳定土路面基层的施工方法基本与石灰土路面基层的施工相同。其主要区别是，首先将固化剂加入到调整施工时最佳含水量应加的水中，并搅拌均匀，然后按规定用量均匀地喷洒到指定路段，接着与要稳定的基层材料拌和均匀，RDS-8固化酶稳定土还要求将混合料推到路两侧，推成土垄闷料12～30小时，闷好后再摊铺开，继续拌和。施工时最好是天气晴朗，在日光照射下，气温较高时施工，拌和均匀后，在最佳含水量状态下，或稍低于最佳含水量时进行碾压，碾压时要先用胶轮压路机初压，后用16吨以上刚轮振动压路机碾压，最好要分层碾压，碾压厚度不要过大，以保证充分压实。要求压实度达到98%以上。试验路的施工根据道路等级的要求，可选择路拌法或厂拌法施工，下面是科铁线二级路试验段施工时的一组照片：（图5-1～图5-8）图5-1路拌:五铧犁和旋耕犁联合作业图5-2图5-3配制及喷洒固化剂溶液图5-46图5-5平地机找平图5-6胶轮压路机初压图5-7重型压路机碾压图5-8基层碾压结束后状况5.3试验路检测课题组对施工结束的试验路段定期进行观测，从路面外观到弯沉检测，并于每年的春融季节对试验路进行观测。还对试验路进行了多次取芯试验。对取回的芯样进行了大量多方面的测试，从水稳定性到强度、冻融以及回弹模量、劈裂等等，得到了大量的基础数据，为课题研究提供了重要依据，以实际效果印证了固化剂稳定土路面基层的使用性能。试验路铺筑时及使用中的状况与检测：见图5-9～5-14图5-9土基承载板试验图5-10固化剂稳定土路面基层施工中取土做强度试验7图5-12碾压结束后，在底基层测弯沉5-14通榆粮校门前试验路芯样其调查结果试验路裂缝调查统计表路线土质桩号配合比石灰：剂横缝平均（米）基层开（）图5-11碾压结束后，测压实度；图5-13农安试验路芯样图试验路在经历两个冬季使用后，进行了冬季冻裂调查，如表5.1、表5.2表5.1裂率间距名称名称土+固化条数（道）m/1000m2K89+100-K89+54012:88＋0石灰土基层段(共440m)401191K89002:2713.375+540-K89+9（共360m）98+0.025ml/Kg固化剂为RDS-8K8033912.8789+900-K90+40（共500m）:97+0.016ml/Kg固化剂为RDS-8K90固1811.1900+400-K90+60(共200m)6:94+0.02%化剂为ZL-1科K9000固1811.190铁线二级路+600-K90+8(共200m)6:94+0.01%化剂为ZL-141010100100m试验段:96+0.016ml/Kg固化剂为RDS-8通榆低液限Ip相邻石灰土段156.7150粮校门前粉土＝8.512:88+08表路冻裂果路线土质配石灰数平均间距基层开裂率5.2试验观测结名称名称合比桩号路段横缝条：土＋EN-1编号道米m/1000m24:96