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固化剂粉煤灰稳定粉砂土应用研究

文档作者：刘国柱邢洁王飞王迪文档来源：河南省交通科学技术研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2025年04月20日
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2013 NO ．3 　 　 　 　 　 　 　 　 　 粉 煤 灰 综 合 利 用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　试 验 与 应 用固化剂粉煤灰稳定粉砂土应用研究Application Research on Curing Agent Fly Ash Stabilized Silty Soil刘国柱 ，邢 洁 ，王 飞 ，王 迪（河南省交通科学技术研究院有限公司 ，河南 郑州 ４５０００６）　 　 摘 要 ：在粉砂土地区 ，通过固化剂及粉煤灰对粉砂土固化 ，将粉砂土应用于高等级公路底基层 ，满足路用性能要求 。 试验结果表明 ：固化剂粉煤灰稳定粉砂土无侧限抗压强度随龄期的增长存在 e 函数关系 。 固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩系数在前期均低于二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土 ；而在后期 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩系数与二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土的干缩系数很接近 。　 　 关键词 ：固化剂 ；粉煤灰 ；稳定粉砂土 ；龄期　 　 中图分类号 ：U４１６ ．１ 　 　 　 文献标识码 ：A 　 　 　 文章编号 ：１００５‐８２４９（２０１３）０３‐００４４‐０３第一作者 ：刘国柱（１９８４ ～ ） ，男 ，助理工程师E‐mial ：lgz＠ hnt ri ．com　 　 收稿日期 ：２０１３‐０１‐０６　 　 我国黄河冲击流域多为粉砂土 ，粉砂土是一种稳定性较差的筑路材料 ，因此很少用于高等级公路路面底基层 。 目前为保证工程质量 ，公路在对路基及基层处理中多采用水泥和石灰作为主要的胶结材料 ，这些材料在粉砂土固化过程中存在质量不稳定 ，污染严重 ，施工不便等缺陷 ，且易出现强度不足和裂缝等问题 。本研究采用土壤固化剂及粉煤灰来固化粉砂土 ，其路用性能均满足高等级公路底基层要求 ，大范围应用将大量节省砂石料的用量 ，减少粉煤灰堆放 ，抑制了自然资源的破坏性开采［１ ］ ，对经济和环保方面都具有重要的意义 。1 材料与配合比1 ．1 原材料郑州新力电力有限公司粉煤灰 ，密度 ２ ．１ g ／cm３ ，烧失量 １ ．１５ ％ ，比表面积 ５４９ m２ ／kg 。 粉砂土最佳含水量 １０ ．５％ ，最大干密度 １ ．８５ g ／cm３ ，液限 ２１ ．２％ ，塑限 １７ ．８％ ，塑性指数 ３ ．４％ ；粘土最大干密度 １ ．９１g ／cm３ ，液限 ４０ ．５％ ，塑限 ２５ ．５％ ，塑性指数 １５ ．０ ％ 。1 ．2 最佳配合比确定根据枟公路工程无机结合料稳定材料试验规程枠（JTG E５１‐２００９）中 T０８０５‐１９９４ 的规定的无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法 ，在压实度为９６％ ，试件在标准养护室内养护 ７ d 后 ，对 ３ 种稳定土（固化剂粉煤灰稳定粉砂土 、二灰稳定粉砂土 、二灰稳定粘土）进行最佳配合比确定 ，确定的固化剂粉煤灰稳定粉砂土的最佳配合比为固化剂 ：粉煤灰 ：土 ＝ ８ ：１０ ：８２ ；确定二灰稳定粉砂土最佳配比为石灰 ：粉煤灰 ：土＝ １０ ：２２ ：６８ ，二灰稳定土粘土最佳配比为石灰 ：粉煤灰 ：土 ＝ ８ ：２４ ：６８［２‐３ ］ 。2 试验结果与分析2 ．1 稳定土无侧限抗压强度研究本研究采用最佳配合比 ，测定压实度为 ９６ ％ 的固化剂粉煤灰稳定粉砂土 、二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土 ３ 、７ 、１４ 、２８ 、９０ 、１８０ d 无侧限抗压强度［４ ］ ，见表 １ 。表 １ 　 稳定土无侧限抗压强度／M Pa配合比 ３ d ７ d １４ d ２８ d ９０ d １８０ d固化剂粉煤灰稳定粉砂土 ０ ．９５ １ ．３４ ２ ．０１ ２ ．６１ ４ ．７７ ５ ．８６ 二灰稳定粉砂土 － ０ ．５１ ０ ．７３ ０ ．９４ １ ．３３ １ ．８８ 二灰稳定粘土 － ０ ．７１ ０ ．８６ １ ．２４ １ ．７９ ２ ．６８ 　 　 由表 １ 可知 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的加固效果明显 ，早期强度增长快 ，３ d 强度为 ０畅 ９５ ，７ d 达到１畅 ３４ M Pa ，满足高等级路面底基层无侧限抗压强度 ≥·４４·　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 粉 煤 灰 综 合 利 用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 2013 NO ．3试 验 与 应 用０畅 ６ M Pa 的要求 ，２８ d 达到 ２畅 ６１ M Pa ，后期增长强度较慢 ，９０ d 强度为 ４畅 ７７ M Pa ，１８０ d 为 ５畅 ８６ M Pa 。 二灰稳定粉砂土试件 ３ d（饱水）难以成型 ，７ d 无侧限抗压强度为 ０畅 ５１ M Pa ，不满足高等级路面底基层无侧限抗压强度 ≥ ０畅 ６ M Pa 的要求 。 二灰稳定粘土试件 ３ d（饱水）难以成型 ，７ d 无侧限抗压强度为 ０畅 ８１ M Pa ，２８d 强度为 １畅 １４ M Pa ，９０ d 和 １８０ d 强度分别为 １畅 ７９M Pa ，２畅 ６８ M Pa 。 在任何相同养护龄期下 ，固化剂粉煤灰稳定土的无侧限抗压强度比二灰稳定土的无侧限抗压强度要大 。图 １ 　 无侧限抗压强度随龄的期变化规律如图 １ 所示 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土无侧限抗压强度随龄期增长存在 exp 函数关系 。 二灰稳定土在养护龄期 ２８ d 内及 ２８ 至 １８０ d 两段时间内 ，无侧限抗压强度的增长速率分别接近线性 ，且 ２８ d 内无侧限抗压强度较后期增长快 。 养护龄期在 ９０ d 内时 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的无侧限抗压强度增长率较二灰稳定土的无侧限抗压强度增长速率要快 ，养护龄期在 ９０d 至 １８０ d 时 ，土壤固化剂粉煤灰稳定粉砂土的无侧限抗压强度增长速率与二灰稳定土的无侧限抗压强度增长速率接近 。2 ．2 稳定土间接抗拉强度试验研究根据枟公路工程无机结合料稳定材料试验规程枠（JTG E５１‐２００９）中 T０８０６‐１９９４ 的规定的劈裂强度试验 ，压实度为 ９６％ ，试件在标准养护室内养护 ７ d 、１４d 、２８ d 、９０ d 和 １８０ d 后 ，对固化剂粉煤灰稳定粉砂土及二灰稳定土进行了劈裂强度试验 。 见图 ２ 。由图 ２ 可知 ，对于固化剂粉煤灰稳定粉砂土 、二灰稳定土 ，养护龄期为 ２８ d 的劈裂强度较 ７ d 龄期强度增长量分别为 ０ ．１５ M Pa 、０ ．０８ M Pa 和 ０ ．０９ M Pa ，这说明初期固化剂粉煤灰稳定粉砂土较二灰稳定土劈裂强度增长快 ；而 当龄期达到 ９０ d 时 ，劈裂强度增长量分别为 ０ ．１８ M Pa 、０ ．０８ M Pa 和 ０ ．１１ M Pa ，这说明当图 ２ 　 劈裂强度随龄期的变化规律养护龄期较长（２８ ～ ９０ d）时 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土及二灰稳定土的劈裂强度增长速度降低 ；当养护龄期超过 ９０ d 后 ，固化剂粉煤灰稳定土及二灰稳定土的劈裂强度增长率进一步降低 。2 ．3 稳定土抗压回弹模量试验研究按照枟公路工程无机结合料稳定材料试验规程枠（JTG E５１‐２００９ ）中 T０８０８‐１９９４ 的规定的顶面法 ，对固化剂粉煤灰稳定粉砂土及二灰稳定土试样在标准养护室内养护 ７ d 、１４ d 、２８ d 、９０ d 和 １８０ d 后 ，分别进行抗压回弹模量试验 。 试验结果见图 ３ 。图 ３ 　 抗压回弹模量随龄期的变化规律由图 ３ 可知 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土及二灰稳定土抗压回弹模量随龄期的增长而增大 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的抗压回弹模量增长分为两个阶段 ，２８d 前增长较快 ，后期增长缓慢 ，且 ２８ d 后 ，抗压回弹模量增长成线性关系 ；７ ～ ２８ d ，抗压回弹模量增长了 １１７M Pa ，增长了 ２６％ ，２８ ～ １８０ d ，抗压回弹模量增长了１１１ M Pa ，增长了 ２０ ％ ；二灰稳定土抗压回弹模量增长分为 ３ 个阶段 ，龄期 ２８ d 前 ，增长较缓慢 ，２８ ～ ９０ d ，抗压回弹模量增长较快 ，９０ d 后增长又放缓 。 固化剂粉煤灰稳定粉砂土 ，二灰稳定粉砂土 ，７ ～ ２８ d ，抗压回弹模量增长了 ３４ M Pa ，增长了 １９ ．８％ ，２８ ～ ９０ d ，抗压回弹模量增长了 １１７ M Pa ，增长了 ５６ ．８ ％ ，９０ ～ １８０ d ，抗压回弹模量增长了 ２６ M Pa ，增长了 ８ ．０％ ；二灰稳定粘土 ，７ ～ ２８ d ，抗压回弹模量增长了 １９ M Pa ，增长了７ ．６％ ，２８ ～ ９０ d ，抗压回弹模量增长了 ９８ M Pa ，增长·５４·2013 NO ．3 　 　 　 　 　 　 　 　 　 粉 煤 灰 综 合 利 用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　试 验 与 应 用了 ３６ ％ ，９０ ～ １８０ d ，抗压回弹模量增长了 ４７ M Pa ，增长了 １３ ％ 。2 ．4 稳定土干缩试验研究按照枟公路工程无机结合料稳定材料试验规程枠（JTG E５１‐２００９）中 T０８５４‐２００９ 的规定的无机结合料稳定材料干缩试验方法 ，对固化剂粉煤灰稳定粉砂土及二灰稳定土试样进行干缩试验［５‐６ ］ 。 根据试验结论 ，试件水分经过 ３０d 的散失后 ，含水率基本保持不变 ，干缩系数也基本不再减小 ，干缩试验结果见图 ４ 、图 ５ 。图 ４ 　 失水率随龄期变化图图 ５ 　 干缩系数随龄期变化图由图 ４ 、５ 可以看出 ：（１）在相同的收缩环境条件下 ，随着暴露时间的增长 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土 、二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土的失水率随时间的增长急剧下降 ，且均在３０ d后趋于平稳 ，龄期 ３０ d 内 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的失水率低于二灰稳定粉砂土的失水率 ，略高于二灰稳定粘土的失水率 。（２）在相同的干缩环境条件下 ，随着时间的增长 ，３种稳定土的干缩系数在前期（２０ d 内）随龄期增长急剧下降 ，后期（２０ d 后）增长缓慢 。 固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩系数在前期均低于二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土 ，而在后期 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩系数与二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土的干缩系数很接近 ，说明固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩性能优于二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土 。 但固化剂粉煤灰稳定粉砂土和二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土在初期 ，干缩系数均较大 ，因此 ，３ 种稳定土在干缩情况下都容易开裂 。 为避免其产生收缩裂缝 ，在基层成型后必须加强初期洒水养护 ，避免在高温下曝晒干缩 ，以减小由于粘结料失水和水化引起的干缩 。3 结论（１）土壤固化剂粉煤灰稳定粉砂土的无侧限抗压强度比二灰稳定土的无侧限抗压强度要大 ；７ d 达到１ ．３４ M Pa ，满足高等级路面底基层无侧限抗压强度 ≥０ ．６ M Pa 的要求 。 在整个养护龄期中 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土及二灰稳定土无侧限抗压强度增长率随龄期的增长而减小 。 同时 ，土壤固化剂粉煤灰稳定粉砂土的无侧限抗压强度与龄期存在 e 函数关系 。（２）固化剂粉煤灰稳定粉砂土及二灰稳定土抗压回弹模量随龄期的增长而增大 ，固化剂粉煤灰稳定土的抗压回弹模量增长分为 ２ 个阶段 ，２８ d 前增长较快 ，后期增长缓慢 ，且 ２８ d 后 ，抗压回弹模量增长成线性关系 ；二灰稳定土抗压回弹模量增长分为 ３ 个阶段 ，２８d 前 ，增长较缓慢 ，２８ ～ ９０ d ，抗压回弹模量增长较快 ，９０ d 后增长又放缓 。（３）在相同的干缩环境条件下 ，随着暴露时间的增长 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩系数在前期均低于二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土 ，而在后期 ，固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩系数与二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土的干缩系数很接近 ，说明固化剂粉煤灰稳定粉砂土的干缩性能优于二灰稳定粉砂土及二灰稳定粘土 。参 考 文 献［１ ］ 　 王大宝 ．土壤固化剂稳定细粒土路用性能试验研究 ［D］ ．郑州 ：郑州大学 ，２０１０［２ ］ 　 商庆森 ，刘树堂 ．影响石灰与二灰稳定细粒土强度因素的分析［J］ ．公路交通科技 ．２００２ ．１７ （６ ） ：２６‐２９ ．［３ ］ 　 王云夫 ．二灰稳定土底基层配合比设计及使用特性分析［J］ ．公路交通科技应用技术版 ．２０１１ （４ ） ：１２９‐１３１ ．［４ ］ 　 李振峰 ．土壤固化剂无侧限抗压强度试验研究［D］ ．长春 ：吉林大学 ，２００７ ．［５ ］ 　 姜华 ．固化剂稳定土路用性能试验研究［D］ ．黑龙江 ：东北林业大学 ，２００８［６ ］ 　 刘俊 ．抗疏力土壤固化剂的应用研究 ［D］ ．重庆 ：重庆交通大学 ，２０１０·６４·

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