文章编号：045—0712（2003）07—0156—04         中国分类号 U416.212           文件标识码：A
固土剂稳定土路面基层材料的
性能与应用研究
黄维蓉1，陈 伟2，刘大超1
（1.重庆交通学院道路工程系  重庆市  400074，2.重庆市公路局  重庆市  400067）
摘要:通过对QJ型土壤固化剂稳定土和QY型二灰稳定土的性能和强度形成机理进行研究，得出在缺乏石料的地区用QJ型土壤固化剂稳定土作路面基层材料有一定的优越性。
关键词：QJ型固化剂；强度形成机理；性能；路面基层
QJ型土壤固化剂作为一种新型胶结材料应用于公路路面基层中，取代水泥、石灰等胶凝材料，它比水泥、石灰性能更加优越。应用土壤固化技术可就地取材，确保工程质量、加快工期、降低工程造价。QJ型土壤固化剂是一种质优价廉的新型筑路材料。
1、QJ型土壤固化剂稳定土组成材料的性质
1.1  QJ型土壤固化剂
采用四川青神生的产粉状QJ型土壤固化剂，主剂由水泥、石灰等材料组成，添加剂主要由羧基化合物及有较强混合能力的胺基碘酸类等高聚物组成，细度在0.074mm标准筛上筛余量不得超过15%。
1.2  QY型二灰
QY型二灰是指水泥和石灰,水泥和石灰与QJ型土壤固化剂的主剂相同,技术性质满足规范要求。
1.3  碎石
采用重庆的石灰岩破碎的碎石，最大粒径≤40mm，其级配组成见表1，碎石压碎值为13.5%，满足《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034—2000）的规定。
表1  碎石级配组成
筛孔尺寸/ mm        40        30        20        10        5        2        1        0.5        0.075
通过时分率/%        100        95        78        62        50        38        25        12        2
技术标准/%        100        90~100        60~85        50~70        40~60        27~47        20~40        10~30        0~15
1.4  土
试验用土为粉碎新鲜页岩,根据《公路土工试验规程》（JTJ051—93）没得液限Wp=34%，塑限WL=18%，塑性指数Ip=16%，其粒径≤5 mm。
1.5  水
本次室内试验研究采用的是自来水,在施工中人或牲畜饮用水即pH值＜5的水源均可使用。
2  QJ型土壤固化剂稳定土的最佳配合比
2.1  成型试件的配合比
为了找到QJ型固化剂稳定土的最佳配合比及不同剂量固化剂稳定土的物理力学特点,本次研究在室内试验分别做了QJ型土壤固化剂掺量分别为土的8%、10%、12%等3个不同比例（固化剂与土质量之比），土与石比为：土：石=35：65、45：55、50：50和55：45等4个不同比例的混合料，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057—94）成型试件，标准养护，分别测定其1d、3d、7d不同龄期的无侧限抗压强度，其试验结果见表2。

表2 不同固化剂掺量、不同土石比与不同龄期的抗压强度比较
龄期/ d        土：石=35：65        土：石=45：55        土：石=50：50        土：石=55：45
        QJ掺量/%        QJ掺量/%        QJ掺量/%        QJ掺量/%
        8        10        12        8        10        12        8        10        12        8        10        12
1        0.84        1.14        1.20        1.44        1.60        1.48        1.48        1.86        1.74        1.60        2.1        2.3
3        1.04        1.16        1.22        2.1        1.84        2.3        2.1        2.4        2.4        2.4        2.5        2.7
7        1.06        1.10        1.22        2.2        1.54        1.82        2.1        2.0        1.98        2.0        2.0        2.1
注：1、1 d和3 d龄期试件测试未浸水
    2、7 d龄期强度值为标养6 d，浸水24h后测得的。
根据表2试验结果，同时考虑到工程造价因素，通过比较，最后确定土石比为50：50时固化剂掺量为页岩土质量的10%时为最佳配合比，以后进行的各项性能试验研究都是在最佳配合比基础上进行的。最佳配合比的标准密度（最大干密度）为2.26g/cm3,最佳含水量为7.0%，以后各项试验研究所用试件都是按照标准密度用静力压实在型。
2.2  最佳配合比的无测限抗压强度试验结果
无侧限抗压强度试验是在确定的最佳配合比(土：石=50：50,QJ土壤固化剂掺量为页岩土质量的10%)基础同用静力压实成型法制备的一系列试件,试件的养护条件控制在温度(25±2)℃,相对湿度大于90%,试件测试前均浸水24h,试件取出后用毛巾擦拭干净表面水分,置于测力计上测试。QJ型固化剂稳定碎石土无测限抗压强度试验结果见表3。强度与龄期的关系曲线见图1。
表3  QJ、QY2种固化剂稳定土的强度测试结果
                                                           Mpa
固化剂        7 d        28d        60d        90d        180d
QJ        2.0        3.1        3.2        4.3        4.6
QY        1.72        2.8        3.0                
图1 不同固化剂稳定碎石土强度增长与龄期的关系(略)
2．3QJ型土壤固化剂与QY型二灰稳定土性能对比
在进行QJ型固土剂稳定碎石土研究的同时，还研究了用QY型（仅由水泥和石灰混合而成）二灰稳定土做对比性能试验，以确定QJ型固化剂稳定土的效果。对比试验中土石比例不变，QY二灰掺量相同。QJ和QY固化剂稳定碎石土同条件、同龄期的强度对比见表3。
从表3和图1可以看出，随着龄期的增长，28 d以前强度增长较快，28d~60d强度增长较慢，60 d~90d、180d强度继续保持较快的增长速度，龄期相同时QJ型固化剂稳定碎石的强度比QY型二灰稳定碎石土的强度高。主要是因为QJ型固化剂是由水泥+石灰+高聚物组成，早期水泥与水反应罗快生成水硬性凝胶体，使其有较高的强度，后期由石灰凝结与土作用使其强度得到进一步的增长，所以QJ型固化剂稳定土的整体强度早期增长较快，后期亦不断增长。同时由于固化剂与水泥 、石灰离子和土结合，增强了混合料的粘结性，从而增强了固化剂稳定土的抗掺性和防裂性。
2.4  QJ型固化剂稳定土的劈裂强度
劈裂强度是半刚性基层设计及反映其抗裂性能的重要指标,QJ型固化剂稳定土劈裂强度的大小直接影响着这种土的路用技术性质,当劈裂强度高时,基层裂缝少,防水性和抗渗透性强,能减少面层的裂缝产生,本次研究采用的QJ型固化剂稳定土配合比为：土：石=50：50，QJ型固化剂的掺量为页岩土质量的10%，其测试的QJ型固化剂稳定土的劈裂强度如表4。
表4  QJ型固化剂稳定土劈裂强度试验结果
试验条件        测前未浸水        测前浸水1 d
龄期/ d        90        180        90        180
劈裂强度/MPa        0.30        0.40        0.25        0.37
从表4可以看出，随着龄期的增长，劈裂强度逐渐增大，测前浸水1 d后测得的抗拉强度比未浸水的抗拉强度有所降低，90 d的浸水（1 d）的试件劈裂强度比未浸水的劈裂强度降低了16.7%,180 d的浸水(1 d)的劈裂强度比未浸水的劈裂强度降低了7.5%,这就说明随着龄期的延长,QJ型土壤固化剂稳定土的水稳性越来越好。
2.5  QJ型固化剂稳定土的抗冻性
通过低温冻融试验，了解QJ型土壤固化剂的混合料在低温条件下的抵抗冻融能力。把成型试件标准养护至规定龄期，在-20℃条件下冻24 h，然后在（20±3）℃，相对湿度≥90%条件下放置48 h，为一次冻融循环，试验共5次冻融循环，每次冻融循环后观察试件表面是否有起皮、裂纹、散粒等破坏现象。经过5次冻融循环后的质量损失百分率与冻融前后试件的抗压强度之比值（耐冻系数）表征其耐久性。QJ型固化剂稳定土与QY型结合料稳定土的试验结果见表5。
表5  QJ型固化剂与QY稳定土冻融试验结果
龄期        5次循环后外表特征        冻融前后质量/g        抗冻融质量损失/%        强度/MPa        冻融系数
                冻前        5次冻后                冻前        5次冻后        
QJ        7 d        无脱皮、散粒、泥化等