徐州市常用的路基固化劑的施工方法
我國公路目前普遍存在損壞率高、使用壽命短、質(zhì)量較差的工程質(zhì)量問題。這一問題導(dǎo)致公路交付使用2年今后就逐步破損、很多修補(bǔ),其保護(hù)修補(bǔ)或返修費(fèi)用,根本相當(dāng)于原公路的建設(shè)費(fèi),丟失巨大。 構(gòu)成這種現(xiàn)狀的主要原因,就是現(xiàn)有的高等級公里選用的安穩(wěn)碎石,低等級公路選用的安穩(wěn)二灰土或水泥土。它們是導(dǎo)致路面破損的關(guān)鍵因素。(1)安穩(wěn)碎石和安穩(wěn)二灰土為剛性資料,易于脆裂,在車輛壓應(yīng)力與震應(yīng)力下極易脆裂,構(gòu)成路基裂紋,拉裂路面;(2)安穩(wěn)碎石和安穩(wěn)二灰土的吸水率高,水安穩(wěn)性差,吸水后濕脹,干燥后又大幅干縮,使路基在旱季重復(fù)干縮濕脹,發(fā)生干縮裂紋,使路面發(fā)生相應(yīng)的反射裂紋。
土壤固化劑按形態(tài)分為液體(L)和粉體(P),粉體土壤固化劑標(biāo)記為PSS。國內(nèi)市場上液體土壤固化劑居多,粉體土壤固化劑偏少,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤固化劑》標(biāo)準(zhǔn)修訂編制組針對標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)項目進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證工作時,只有康偉土壤固化劑做為粉體土壤固化劑參與驗(yàn)證試驗(yàn),其余均為液體土壤固化劑。應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢:采用路基原土固化,節(jié)省了原土清運(yùn)費(fèi)。我國高速公路或一級公路,大多采用穩(wěn)定碎石基層,低等級公里多采用穩(wěn)定二灰土或穩(wěn)定水泥土,需要將路基原位土清運(yùn)。而采用固化穩(wěn)定土,原位土加固化劑攪拌均勻即可施工,不需要清運(yùn)原位土,可節(jié)省全部原位土清運(yùn)費(fèi),每立方土至少節(jié)省5~10元。
自20世紀(jì)50年代以來,隨著材料科技的發(fā)展,基于工程建設(shè)的需求和環(huán)境保護(hù)的需要,以美國為代表的一些國家開始大力研究土壤固化材料。初期他們從石灰水泥等無機(jī)固化劑入手,諸如Rawas 等將人造火山灰和石灰水泥用于膨脹土的改良,Bell等將水泥類土壤固化劑應(yīng)用于黏土加固,進(jìn)一步提出將煤灰粉與石灰混合使用可以有效減少固化過程中引起的土體開裂問題,另外還對向石灰水泥中添加PFA與Miller等添加劑展開了研究。隨后,越來越多的有機(jī)類以及生物酶類材料進(jìn)入土壤固化領(lǐng)域,如Attom 等利用橄欖油榨油殘渣燃燒產(chǎn)物改良膨脹土膨脹特性; Y?nter 等研究了不同類型土壤與聚乙烯醇( PVA) 的相互作用; Khatami 等將植物萃取物等用于提升固化土土體強(qiáng)度。隨著大量的研究,目前已經(jīng)制造出很多商業(yè)化成品,如美國帕爾瑪公司生產(chǎn)的固化酶,貝塞爾公司生產(chǎn)的貝塞爾液態(tài)有機(jī)高分子土壤固化劑(BS-100濃縮型和TS-100加強(qiáng)型) ,德克薩斯土壤控制國際公司生產(chǎn)的TOP-SEA系列液態(tài)土壤穩(wěn)定劑等。國內(nèi)在土壤固化材料方面的研究則較晚,大體上于20世紀(jì)80年代起步。近年來,我國學(xué)者在借鑒國外研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國土壤特性與特點(diǎn),也做了大量研究工作,如: 梁文泉等將改性二氧化硅、活性鋁和鐵通過配比得到一種灰白粉末狀土壤穩(wěn)定劑;黃曉明等以石灰、水泥、硅酸鹽礦渣為主要材料,并添加馬來酸、碳酸鈉、氫氟酸、三乙醇胺等不同類型的添加劑,得到一種適用于黏土的土壤穩(wěn)定劑; 尚路等研制出一種可用于膨脹土改性的離子型土壤固化劑,這種固化劑可破壞土壤雙電層,使其利于壓實(shí)等。目前雖然與國外尚有較大差距,但也有部分產(chǎn)品已得到實(shí)際應(yīng)用,如NCS系列、硫酸鹽系列等。
不同類型的土壤固化劑與土壤作用的機(jī)理各不相同,但其本質(zhì)都是通過固化劑的添加改變土體架構(gòu),增強(qiáng)土壤顆粒相互作用,進(jìn)而提升土體強(qiáng)度。無機(jī)類土壤固化劑對于無機(jī)類土壤固化劑,該類材料一般為固體粉末,以石灰、水泥、礦渣和硅酸鹽等為主要成分。該類材料與水接觸后可發(fā)生水化反應(yīng),產(chǎn)生水化硫酸鈣、水化硅酸鈣等凝膠產(chǎn)物,該產(chǎn)物部分與土壤中礦物活性成分絡(luò)合連接土壤顆粒,部分通過自身固化生產(chǎn)骨架結(jié)構(gòu),進(jìn)而固化土體,路基固化劑穩(wěn)定土壤。此外,無機(jī)類土壤固化劑與水作用后會釋放鈣、鎂、鋁等高價陽離子,它們會與土壤膠體顆粒吸附層中的低價鈉離子或鉀離子發(fā)生離子交換,減弱土壤膠體顆粒中雙電層的厚度,破壞土壤顆粒表面的吸附水膜,進(jìn)而降低土壤膠體顆粒間的排斥作用,促進(jìn)土顆粒間的凝結(jié)。