离子土壤固化剂加固红黏土试验研究.pdf

第32卷第2期
人民黄河
2010年2月
YELLOW RIVER
Feb..2010
【水利水电工程】
离子土壤固化剂加固红黏土试验研究
卢雪松,项伟,范文度,于怀昌
(中国地质大学工程学院,湖北武汉430074
摘要:对用离子土壤固化剂水溶液处理过的红黏土进行了配合比试验、击实试验、无侧限抗压强度试验、收缩试验、剪
切试验、自由膨胀率试验和溶液的表面张力试验。结果表明:红黏土在加入ISS后,塑性指数降低,最大千密度变大,无
侧限抗压强度提高,土的收缩性小,黏聚力提高,孔隙比和自由膨胀率变小,此外ISS溶液能降低水的表面张力。
关键词;离子土壤固化剂;红黏土;固化机理;配合比
中图分类号:TU472.5
文献标识码:A
doi:10.3969/j.isn.1000-1379.2010.02.059
许多红黏土都具有一定的胀缩性,其胀缩性以收缩为主,学物质,适用于黏土粒组含量在25%以上的各种土类。把它加
在天然状态下,膨胀量微小,收缩量较大,但收缩后的土试样浸入土中,与土相互作用,通过电化原理,将黏土矿物的结合水去
水时,可产生较大的膨胀量。在实际工程当中,红黏土因其不除,使黏土由亲水性变成憎水性,减小黏土结合水膜的厚度,有
良的物理性质与胀缩性而引发许多工程危害,如道路开裂、边效地改进土的工程性质。
坡失稳、地基不均匀变形等。用水泥、粉煤灰改良红黏土,不仅
施工周期长、费用高,而且需要大量的秒石料作为骨料叫。王1试验材料
毓华认为红黏土不良物理性质与良好的力学特性之间的矛盾,
在很大程度上是由红黏土颗粒周围的结合水引起的,包括吸附1.1试验用士
取武汉市汉阳区的原状红黏土进行试验,原状土的取样深
层和扩散尽,扩散层的厚度越大,土粒间的联结越弱,红黏土的
度为0~3m,测得网纹状红黏土天然含水量、天然密度等基本
强度越低?。笔者采用一种经济实用的离子土壤固化剂来加
性质和粒度成分,见表1、表2。
固武汉红黏土,减小结合水膜的厚度,增加红黏土的强度。离
子土壤固化剂(ISS)是一种由多个强离子组合而成的水溶性化
表1红士的本性质
天然含水量uソ天然密度√比重△、液
塑限WP/塑性指数P/自由膨胀率/最大于密度/最佳含水率
%
(gcm-3
24.81
2.76
57.86
24.27
3.59
1.53
亵2红豺土的粒度成分
%
粒径/mm
<10
<5
<1
<0.5
<0.25<0.075<0.05
<0.01
<0.005<0.002
质量百分数/%
100
99.7899.6999.4699.3298.7289.0
2.92
1.2固化材料
度、比表面积以及水溶液的性质等有关,塑性指数越高,结合水
离子土壤固化剂(俗称“路基实”、“固路宝”)为棕黑色水膜越厚。
溶性液体,根据需要将其稀释成不同浓度的水溶液,一般掺人
将取来的土样进行不同配比的液塑限试验,并计算液限、
量为0.15~1L/m3。用于稀释ISS的水没有特殊要求,一般施塑限和塑性指数。在土中掺加ISS时,将1SS按各种比例(体积
工用水即可。
比)稀释后,摇匀并均匀酒人土中,拌和均匀,密封24~48h,试
验结果见表3。从试验结果可以看出;当ISS与水的配比为1
2ISS加固红黏土试验研究
:200时,红黏土的塑性指数降至最低,与不摻ISS的土相比,这
2.1ISS加固红黏土配合比设计
种土的塑性指数最低可以控制在29%左右,比不加ISS时的塑
加固红黏土的本质是减小黏土中结合水膜(扩散层)厚
性指数降低了14.14%,而且并不是ISS加入越多越好,相反
度,故应从加入IS后红黏土的塑性指数的降低来确定S加收日期:256学会责助项月(406288
固土的最佳配合比。塑性指数是反映土颗粒与水相互作用的
基金项目:国家
灵敏指标之一,在一定程度上反映了土的亲水性能,它与土的
作者简介:卢雪松(1976-),男,湖北黄网人,工程师,博士研究生,主要从事岩
土体、水利工程地质研究工作。
颗粒组成、黏土矿物成分、阳离子交换性能、土的结合水膜厚
E-mail:hgxij88@126.com
人民黄河2010年第2期
当ISS浓度较大时,塑性指数又有所增加;加入ISS后,土的塑
在土中掺加SS后,红?土的无侧限抗压强度明显提高,
性指数都有所降低,说明IS能减小结合水膜的厚度
并且强度随着时间的增加而增加,这是因为ISS溶液首先只能
表3不同配比下红黏土的塑性指數
与土粒表面部分黏土颗粒产生物理化学反应,加上ISS的用量
配比(ISS:水)塑性指数/%液限/%
塑限/%
较少、红黏土中细粒部分较多及其特殊的组成结构,渗透系数
33.59
57.86
减小,所以向土体内部渗透与扩散,与大部分土粒充分发生离
子化学反应则需要一段时间
2.4ISS对红黏土收缩的影响
30.72
52.88
50.98
收缩试验按照《土工试验规程》(SL237~-1999)规定的收
缩试验方法进行。取最住含水率和最大干密度状态下的试样
31,33
53.84
进行直接剪切试验,并取ISS与水体积比为1:200的水溶液进
53,42
行对比试验,并计算试样的竖向收缩率、体缩和缩限,结果见表
400
5。可以看出,加入ISS后土的竖向线缩率和体缩变小,缩限增
2.2击实试验
大。竖向线编率减小,说明经ISS作用后,能够减小黏粒的结
在土中掺加ISS与水体积比为1:200的稀释溶液,制成不同合水膜厚度,从而使吸附在土颗粒表面的结合水减少;体缩变
含水量的试料,密封4h击实,得到含水率与干密度曲线,见图1。小、缩限增大说明ISS作用后红黏土的收缩性变小,改善了土
的收缩性能。
表5收缩试验结果
l,600
固化土
土样名称竖向线缩率/%体缩/%
缩限/%
1.550
素土
18.42
固化土
2.94
17.97
素土
1450
2.5ISS对红黏土剪切强度的影响
.400
为了解ISS对红黏土抗剪强度的彫响,取最佳含水率和最
含水率%
大干密度状态下的重塑试样进行直接剪切试验,并取ISS与水
图1含水率与干密度曲线
体积比为1:200的水溶液进行对比试验。该试验采用快剪法
从图1可以看出:未加ISS的红黏土(素土)的最大干密度进行,即土样均在最佳含水量状态下装入剪切盒,分别在100、
为1.52g/cm3,最佳含水率为24.5%;掺加JSS后,红黏土的最200、300、400kPa的垂直压力下快速施加水平剪力进行剪切。
大干密度为1.625g(cm3,最佳含水率为24.2%。掺加ISS后,掺加ISS与水的体积比为1:200的溶液后,红黏土的黏聚力由
固化土的最佳含水率稍低于素土,而最大干密度却明显大于素80.51kPa增加到89.52kPa,内摩擦角由14.1°减小到13.58°。
土,这是由于ISS能够减小黏粒的结