土壤固化剂在道路施工中的应用探讨

土壤固化剂在道路施工中的应用探讨

摘要介绍了土壤固化剂的反应原理,同时结合实际工程介绍了土壤固化剂在道路施工中的施工工艺以及施工注意事项,为土壤固化剂在道路施工中的施工提供了一定的借鉴。

关键词固化剂;反应机理;施工工艺

土壤固化剂是高新材料,具有应用广泛、造价低廉、节省工期、技术性能优越而受工程界欢迎,近年来土壤固化剂技术应用于很多领域,取得了良好效果。随着社会进步和技术发展,在该工程中采用固化剂技术对路基、底基层进行处理。本文分析了固化剂在软土地区的应用,并对施工工艺及施工质量进行了分析。

1反应机理

1.1水化反应

固化剂水化反应生成硅酸钙、铝酸钙等胶凝性物质,使粘土颗粒表面形成凝结硬化壳。与粘土物质发生化学反应,形成硅酸钙、铝酸钙等胶凝性物质,使粘土表面产生凝结硬化,具有水稳性、强度高等优点。

1.2置换水反应

固化剂与土壤混合后生成钙矾石针状结晶体3CaOA12033CaSO432H20,将土壤中自由水以结晶水的形式固定下来。这种水化反应形成的结晶体使得材料的体积增加有效地填充土团粒间孔隙。

1.3离子交换

固化剂与水作用产生大量的Ca2+,以及激发素中含有的高价阳离子,如Fe3+、A13+等,由于具有较高的离子强度,与土颗粒中的Na+、K+、Ca2+进行离子交换作用,使得粘土胶团表面毛电位降低,胶团所吸附的双电层减薄,电解质浓度增强、颗粒趋于凝聚,清除土壤内的液相和气相,生成的硫酸钙结晶,体积膨胀而进一步填充孔隙。

1.4土壤固化剂与活性物质反应

土壤的成分比较复杂,它里面含有大量的活性SiO2、A12O3、CaO等物质,当加入固化剂与它充分搅拌后固化剂中某些成分与这些活性成分反应生成胶凝性物质,发挥粘土潜在活性,增加及增强了这种网状结构,使之成为一种具有较高强度的整体。

2固化剂剂量的确定

在土中掺入4%、6%、8%、10%固化剂+5%石灰,采用重型击实成型试件,经过标准实验室养生6天,进行7d无侧限抗压强度试验,通过试验强度分析及经济因素考虑,最终确定采用8%固化剂+5%石灰进行施工。

3试验路段

3.1试验路介绍

试验路段长度1200米,面积9600m2,作了三层固化剂路基处理层,基层为20cm,固化剂掺量8%固化剂+5%石灰,控制含水率为19%。面层为4cm 厚中粒式沥青混凝土。固化剂加固土施工参数见表1。

3.2操作要点

1)施工准备工作。施工前按设计要求对原材料进行质量检验,检测材料是否合格,在施工现场实验室进行混合料配合比复核、进行标准击实试验复核设计准确性,确保施工质量;对于现场取土,应该清除土中草根、树根、石块等杂物,确保土中无杂质。土的塑性指数要满足8-26之间的要求;生石灰在使用前应该充分消解,生石灰含水量要适当并用筛子筛除残渣;检测土的含水量要符合混合料最佳含水量要求,当含水量不能满足要求时应对土进行处理。根据道路长度、宽度、路基厚度、最大干密度、石灰和固化剂配合比来计算石灰与固化剂用量,将水与固化剂按150-200:1的比例稀释浓缩液。

2)施工放样。首先在路基上布设中线,直线段每15m-20m设标桩,平曲线段10m-15m设标桩,并在两侧路肩边缘外每0.3m-0.5m设标桩标注桩号,并测出该桩号的设计标高。

3)素土运输。用挖掘机装车,汽车运输,将土运至施工现场,卸料时由专人负责,铺筑范围要超出设计边线0.3m以上,然后用推土机整平。

4)摊铺石灰。根据固化剂石灰土厚度和最大干密度及石灰配合比,计算石灰摊铺厚度,用自卸汽车将充分消解的石灰运至路基上,由人工摊铺,并及时检测铺筑厚度,确保石灰用量满足设计要求。

5 )素土与石灰拌和。用路拌机将石灰土结合料拌和均匀,拌和均匀时石灰土色泽一致,控制路拌机速度不大于3km/h,避免未掺拌“素土”夹层,边角部位未拌合的由人工处理。开始拌和时要标定拌和深度且不得更改,两次拌和宽度要重叠20cm。

6)喷洒固化剂稀释溶液。首先将洒水车装水,再将固化剂浓缩液倒入洒水车中,稀释浓度要结合土的天然含水量,当素土含水量较低时稀释浓度取低值,否则相反。同时参考施工当日气温适当填减水的剂量,然后将稀释液均匀喷洒在石灰土表面。确保固化剂掺量准确、均匀,且混合料含水量大于最佳含水量1%-2%。在

道路纵坡大于20%时要配合紧密,防止固化剂液体流失,导致配合比不均匀。

7)拌合。用路拌机将喷洒固化剂后石灰土充分拌合,拌合后必须在24小时内碾压成型。

8)路基整型。混合料拌和均匀后用推土机排压两遍再用平地机刮平。路线直线段平地机应由两侧向路中心进行刮平;曲线段平地机应由内侧向外侧进行刮平。整型过程中由人工配合局部不平整的部位,在刮平过程中用水准仪控制湿铺标高。严禁在局部较低部位进行薄层贴补。

9)碾压。整型后混合料在最佳含水量时压实;表层含水量不足时先洒水至最佳含水量再进行碾压。先用180KN及以上三轮压路机静压一遍,再用振动压路机进行碾压。碾压时重叠部分为1/2轮宽,并重复碾压不少于4遍,后轮超过两段接缝处,最后由三轮压路机碾压成型光面,碾压时控制压路机速度不大于3km/h,不得在未成型道路上调头或急刹车,碾压表面无明显轮迹。

10)喷洒固化剂稀释溶液封层。碾压完成后立即喷洒固化剂水溶液封层,喷洒均匀,不得漏洒。

11)养生。养护期不应少于7天,且洒水养生不能间断,强度不满足要求前禁止任何车辆通行。

4施工注意事项

1)拌和前备料含水量宜小,在掺加土壤固化剂稀释液进行拌和时要均匀吸收固化剂,这样有利于调整控制混合料含水量接近最佳含水量。

2)土壤固化剂加固土压实宜在最佳含水量状态下进行,严格按照相关规范中对压实工艺要求进行碾压,必须确保达到压实度标准。碾压中局部含水量低时应补洒固化剂稀释液翻拌后碾压。

3)碾压后封闭养生,上基层施工后及时喷洒透层油封闭。

5结束语

通过工程实例可以看出,采用土壤固化剂提高基层强度效果显著。在工程中充分利用天然土为主要原料,减少弃土、运输、回填等费用降低工程造价。实践证明,用固化剂来固化土以修筑道路基层,对提高路面整体强度、延长路面使用寿命、提高路面使用质量具有重大意义。

参考文献

[1]卓建平,沙爱民.道路固化剂的研究[D].西安:长安大学,2004.