用于路面基层固化土的路用性能研究

南 京 林 业 大 学 本科毕业设计文献综述

专 业： 土 木 工 程 学 号： n********* * 名： *** ** 老师： * *

二O一五 年 二 月 《用于路面基层固化土的路用性能研究 》文献综述 摘要：近年来，随着我国公路建设规模的不断扩大，资源的短缺，筑路材料匾乏且价格上涨等问题已经越来越明显，而且公路建设给生态环境带来的影响以及土地浪费问题也引起了人们的普遍关注。 为了节省资源、能源，节约土地，以及保护植被等环境问题，工程师们在对于需加固的土壤，根据土壤的物理和化学性质，掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，便可使土体达到需要的性能指标。由于它比传统的水泥、石灰等土壤固化材料具有更好的性能和经济、环境效益。还能解决水泥、石灰、粉煤灰等胶凝材料在土壤加固时难以解决的一些特殊问题，具有独特的土壤固化效果和广泛的实用性，已经被广泛应用于公路的基层及底基层、水利护坡等工程建设当中。 当前国内的很多学者为探索固化土在城市道路基层中应用的可能性,进行了一系列的物理力学性能试验并铺筑试验路。试验及实践表明,固化土是一种很有应用前景的道路基层新材料。

关键字：固化剂；固化土；道路；基层 1概述 随着我国经济社会的飞速发展，我国道路建设已经进入一个全新的、快速的发展时期，同时对公路路面的要求也越来越高。然而采取传统的方法修筑道路基层会消耗大量的自然资源，对于公路建设来说，建设高等级公路路面基层的主要原料是各种石材，随着国家公路里程的增加，材料短缺问题日益突出，原有的砂石材料已经远远不能满足日益增长的工程建设需要[1]。如果不能很好的解决这个问题，势必会给环境带来严重的影响。所以当前如何合理利用当地材料并开发新材料，使之达到使用要求，成为摆在人们面前待解决的难题。 最初人们在工程实践中，工程技术人员逐渐认识到单独使用石灰、水泥及二灰等无机结合料对土壤进行固化过程中，石灰稳定类材料的强度形成较为缓慢，早期强度较低，影响施工进度。水泥稳定类材料的早期强度比较高，但水泥的干 缩性较大，易开裂。二灰稳定类材料具有后期强度较高的特点，但其强度增长缓慢，前期强度低，严重影响了施工进度及质量，并且水稳定性比较差，不适宜作为高等级公路的基层材料使用。对于此问题，当前世界各国的工程技术人员正努力开发采用效果好、经济性好的新型筑路材料一土壤固化剂[2],并且努力系统地研究其固化机理以及路用性能，拓展新的应用方向。土壤固化剂作为一种新型的土工复合材料，它能够快速显著地改善土壤的物理力学性质，土壤固化剂在与土体混合后，通过一系列物理化学反应，使其具有较高的强度、较小的收缩量，同时提高土体的压密程度，使土体成为致密的胶凝材料。使用固化剂固化土壤，使其成为稳定持久的固化土，从而提高土的力学性能、抗裂性能、水稳定性等路用性能。 综合上述，在路面基层施工中采用固化土，路面的强度、耐久性、水稳定性、抗裂性以及抗冻性都有着明显的提高，再加上其具有就地取材，节约资源，避免长途运输，节省运输费用。同时还有施工方便，具有使用范围广、性能好、施工工艺简单、造价低等优点，因此在各级公路、铁路路基、建筑地基、水利等方面均有广阔的应用前景，有很好的经济效益、社会效益及环保效益[3]。 2路面基层固化土研究现状 2.1土壤固化剂应用的研究现状 土壤固化剂是由多种无机、有机材料合成的，用以固化各类土壤，使土壤具有较高的强度、较小的收缩量、减小颗粒间的孔隙、提高压实度的一种新型工程材料。20世纪60 年代以来，由于实际工程的需求，国外开始了对土壤固化剂的研究工作土壤固化剂作为一种新型的工程材料，在国外被广泛加以应用和研究，在日本、美国、加拿大、澳大利亚和南非等国家都有成熟的固化剂研究应用机构和公司[4]。如20世纪90年代初，我国在吸收国外先进经验的基础上，因地制宜地开始土壤固化剂的开发和研究，所以我国对土壤固化剂的研制和开发尚处于起步阶段。工程实践证明，固化土作为路面基层材料可以实现就地取材，降低工程造价、加快施工进度和减少环境破坏，目前国内已广泛应用于道路、土木建筑、环境保护、农田水利工程等各个领域所以固化土技术在低级公路建设中具有较为广阔的应用前景。 2.2固化土基层材料路用性能的研究现状 所谓固化土就是在土壤中掺入一定比例的固化剂,在最佳含水量下拌合、碾压、养生后所形成的具有一定力学性能的混合材料。各种不同的固化剂对不同的土质其固化效果有较大的差别，有的适用于粘性土，有的适用于砂性土或粉土，有的加固高含水量土效果好，目前不并不存在一种固化剂适宜于各种土质的产品，并且每一种固化土的配合比需要通过实验确定。 固化土基层材料在我国道路建设中的应用比较广泛，但大部分固化土基层材料都应用于轻交通的基层或中、重交通的底基层，极少使用在高速公路的基层。所以对于固化土基层材料在我国高速公路中的使用情况以及后期检测方面的相关资料也比较匮乏[5]。由于我国尚没有专门的针对土壤固化剂的技术规范和施工指导章程,在我国没有形成研究体系。对于我国低等级公路的现状及实际情况尚未提出适用于固化土基层材料的典型路面结构和设计标准。而且，固化土基层材料的其他方面的性能如疲劳性能、抗冻性能、水稳定性能研究较少。 2.2.1国内研究概况 随着我国公路建设的飞速发展，如何依据道路基层的使用特性要求，选择合适的固化剂组成固化土，提高路面性能，引起国内研究者对土壤固化剂问题相关性的研究。十余年来，国内的多家科研院所和大专院校(如北京建工学院、山东大学、武汉水利电力大学、化工部晨光化工研究院和铁道部科学研究院等)结合我国土质的特点，对固化剂的改性及本土化进行了研究和探索，并取得较多的研究成果。 臧如意[6]通过吉林中路一号(ZL-1) 对低液限粉土( IP=9.8） 的固化研究总结出结合料的最佳配合比为: 稳定材料：土： 固化剂= 6：94：0.02并在最佳配合比下做了一系列强度和耐久性的试验。黄晓明[7]等以石灰，矿渣，水泥等一种或几种互配物作为主固化剂、选用马来酸、胡马酸、碳酸钠、氟化钠、氢氧化钠、硫酸铝钾、三乙醇胺和胺基磺酸盐等作为助固化剂，配制了一种 TR 型土壤固化剂，具有良好的路用性能。梁文泉[8]等研制了一种由特殊二氧化硅及活性铝、铁等组成的灰白色粉末状无机胶结材料－GA 新型土壤固化剂，其能固结黏土、淤泥、工业废渣以及粉砂、风化砂等。刘顺妮等对石灰固化土的外加剂进行了研究，认为 Na2SO4、石膏和 Al2(SO4)3对稳定石灰土有较明显的增强效果。谭雪琴[9]通过长安大学自行研制的CU、CL 两种固化剂，在对其力学、抗冻、干缩、温 缩等性能指标测试的基础上，分析了两种固化剂稳定风积砂土混合料各种性能的影响因素和内在规律，探究了固化稳定风积沙的强度形成机理。 针对土壤固化剂的研究多集中于抗压强度上,然而对于抗拉强度、抗裂性和抗冻性的研究相对较少。唐明[10]等提出以高钙粉煤灰、石灰、水泥和专用激发剂为原材料，复合配制新型 ASC 土壤固化剂，实验结果表明 ASC 土壤固化剂能够提高基层抗压强度和抗冻性。

2.2.2国外研究概括 国外的研究土壤加固的的应用，是 1802 年在法国开始的。当时法国工程师使用自凝性的水泥来加固水闸的地下的基础，这是世界上第一次以水泥来作固化材料。接下来，以美国、德国、日本、澳大利亚、南非等国家为代表，对固化土技术进行了深层次的研发，最终改良了用于固化土壤的材料成分，在工程建设方面取得了突破性的成果。土壤固化材料由原来单一的使用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料发展为专门用来固化土壤的新材料一一土壤固化剂，土壤固化剂不仅克服了水泥、石灰、粉煤灰等单一材料的缺点，同时其固化土壤的类范围也逐步扩大到绝大部分的土壤类别。由于土壤固化技术水平得到了很大的提高，目前国外已广泛应用于道路、土木建筑、环境保护、农田水利工程等各个领域。 现在，在许多国家，土壤固化剂作为一种品牌商品被专门的企业生产，如美国生产的ISS 固化剂(Ionic Soil Stabilizer) ，它采用美国技术，南非生产的一种电离子土体强化剂。它是一种水溶性有机物，其处理路基是在离子水平上进行的，它能分离土体分子里的水分，改变土质，防止它重新吸收水分，且经过处理的土体不再改变。通过试验研究表明，ISS 固化剂既可有效的改善土体的工程性质，又可替代部分或全部水泥、石灰等传统土体稳定材料。澳大利亚开发的奇极土体固化剂(CCSS)[11]，该固化剂是澳大利亚的一种筑路高科技产品，是一种水溶剂，用来改变土体的基质，加强土壤特性以增强对气候的抵抗性和对动荷载的承载性。日本的UKC公司生产的Aught-set 系列固化剂，该固化剂是日本 UKC 公司历经 30 多年开发出的最新产品，在日本已广泛应用于各项工程。现年产量己达 400 万吨，是一项完全成熟的新技术。北京奥特赛特科技集团委托交通部重庆公路研究所，对我国各类型的粘土用 Aught-set 固化剂作了完整的固化试验，结论认为，日本 Aught-set 固化剂完全适用于中国不同地区的各类土体。 3、影响固化效果因素 对于一般的固化土基层材料来说，固化效果受多个因素的影响，比如土的类型、固化剂的种类、固化剂剂量、结合料的性质、施工工艺、养护条件等，为了证明固化土的性能，须对试验用土进行物理性质试验。 4、目前存在的问题 结合国内外固化土基层材料的研究,经分析后认为对固化土基层材料的研究存在以下问题: （1）针对土壤固化剂的研究多集中于抗压强度上,对于抗拉强度、抗裂性能和抗冻性能的研究比较少。 （2）我国尚没有专门的针对土壤固化剂的技术规范和施工指导章程,在我国没有形成研究体系。 （3）对于我国低等级公路的现状及实际情况尚未提出适用于固化土基层材料的典型路面结构和设计标准 （4）某些类固化剂虽然稳定效果好，但价格昂贵，在满足现行规范的前提下，从开发道路工程材料的角度看，不如传统的基层材料使用方便。 （5）由于不少固化剂的使用受具体环境和气候的影响，所以摆在道路工作者面前的任务是降低造价，减少生产成本，这依赖于化学合成技术以及生物科学技术的发展[1]。 5小结 综上所述，通过对固化剂以及固化土应用于道路基层的了解，发现固化土对未来道路建设有着重要的意义，有助于提高路面的整体强度、延长路面的使用寿命、提高路面的使用质量。不仅可以保护环境，也有着很好的经济效益，我们应当全方位的研究这种材料，选用最适宜的固化剂组成固化土，发挥这种材料在道路建设中的优势。

参考文献