水泥-硅微粉改良鹽漬土路基擊實試驗分析

趙旭東，李慎剛2，唐瑞兆2，李永明

(1.中鐵七局第三工程有限公司，陜西 西安 710000；2.東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110004)

引言

在土壤中，當鹽的含量>0.3%時，該含鹽土稱為鹽漬土[1]。我國部分地區(qū)分布著一定面積的鹽漬土，在該地區(qū)修建公路時，路基中的鹽漬土會使得路基對水分敏感，在寒冷地區(qū)容易導致公路產(chǎn)生凍脹、融陷等病害[2]。為了確保鹽漬土路基的穩(wěn)定性和耐久性，必須對鹽漬土路基進行改良處理。

在公路路基施工中，需要對路基土進行壓實以提高壓縮性、降低滲透性、提升路基強度、保障路基的穩(wěn)定[3]。路基土的干密度是衡量路基土壓實性的重要指標。因而在對路基土進行改良處理中，擊實試驗是鹽漬土路基改良處理的必要環(huán)節(jié)。通過對改良后的鹽漬土進行擊實試驗，可以得出試樣的最佳含水量和最大干密度。同時，可以通過擊實試驗所獲得的含水量和干密度來判斷土樣是否壓實。

本文通過對水泥-硅微粉改良的鹽漬土進行擊實試驗與分析，為改良鹽漬土的后續(xù)試驗以及工程應用提供理論指導。

1 試驗材料與方法

試驗采用水泥和硅微粉作為改良材料對鹽漬土進行改良處理。試驗配比見表1。

擊實試驗是用錘對試樣進行擊實，從而獲得改良鹽漬土的壓實特性。按照JTG E51—2009《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》規(guī)定的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實試驗方法，選用甲類擊實方法。試驗中，對不同含水量的試樣進行擊實，然后根據(jù)試驗獲得的試樣含水量和干密度數(shù)據(jù)進行曲線繪制，并采用拋物線對其進行擬合，由擬合曲線及壓實度要求判斷所需壓實度的含水量范圍。

表1 改良材料類型和摻量設計

2 試驗結(jié)果與分析

試驗獲得的水泥-硅微粉改良鹽漬土的最佳含水量和最大干密度見表2。

由表2可知，水泥摻量對最佳含水量的影響較為顯著。隨著水泥摻量的增加，最佳含水量的增大速率明顯高于硅微粉摻量的增加所帶來的影響。其原因在于：水泥顆粒對水分子的吸附作用高于土顆粒對水分子的吸附作用。水泥摻入鹽漬土中，一部分自由水轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水，為提高水泥改良土的可壓實性，就需要更多的自由水來起潤滑作用。因此，隨著水泥摻量的增大，最佳含水量隨之增大。硅微粉對水分子也有一定吸附作用，但是明顯弱于水泥。

隨著水泥摻量的增多，最佳含水量增長的趨勢逐漸減小。說明水泥的摻入會吸附鹽漬土中一定量的自由水，但是該吸附能力不會無限增長，而是隨著水泥含量的增加呈現(xiàn)一種逐漸減弱的趨勢。

表2 改良鹽漬土的最佳含水量和最大干密度

對于復合摻加水泥和硅微粉的試樣，在硅微粉摻量不變時，改變水泥摻量，最佳含水率的增長速率較單摻水泥有所提升。當硅微粉摻量為6%時，試樣A8、A11、A14的最佳含水率較試樣A5分別提升了3.10%、2.25%、1.10%；當硅微粉摻量為12%時，試樣A9、A12、A15的最佳含水率較試樣A6分別提升了2.15%、3.23%、0.73%；當硅微粉摻量為18%時，試樣A10、A13、A16的最佳含水率較試樣A7分別提升了2.29%、2.99%、0.87%。

硅微粉摻量為6%時，最佳含水率的增長趨勢也是逐漸減小，但是減小幅度明顯<單摻水泥，說明復合摻加改良材料會增大鹽漬土的最佳含水率，且含水率的增長速率也高于改良材料單一摻入時的影響。

在硅微粉摻量為12%和18%時，隨著水泥摻量的增加，最佳含水量的增長趨勢呈現(xiàn)出一種先增大后減小的狀態(tài)，與硅微粉摻量為6%時不同，兩組試驗的最佳含水率都在水泥摻量為3%～5%之間增長速率最大，說明硅微粉含量增加之后，改良材料對鹽漬土中自由水的吸附能力變強，一方面是因為SiO2含量的增多，吸收了更多的自由水；另一方面是水泥含量的影響，即在水泥摻量為3%時，增長速率開始加大，到5%時增長速率達到最大。結(jié)合改良加固效果和材料經(jīng)濟性分析，水泥5%與硅微粉12%～18%的復合摻入，對試樣最佳含水量的影響最大。

硅微粉摻量的變化對改良鹽漬土試樣最大干密度的影響更為顯著。隨著水泥和硅微粉摻量的增加，改良鹽漬土的最大干密度變小，其中硅微粉的影響更為顯著。這與硅微粉的比表面積有關(guān)。由于硅微粉的粒徑非常小，所以其比表面積非常大。通過與鹽漬土的拌和，土顆粒表面吸附了大量細小的硅微粉顆粒，進而導致鹽漬土顆粒之間間距增大，最終導致改良鹽漬土的可壓實性變差，改良土的最大干密度減小。

3 結(jié)論

3.1 隨著改良材料摻量的增大，改良鹽漬土的最大干密度逐漸減小，其中以硅微粉摻量的影響較為顯著。

3.2 隨著改良材料摻量的增大，改良鹽漬土的最佳含水量整體呈現(xiàn)增大趨勢。當改良鹽漬土中水泥摻量為3%、5%、7%時，水泥加固土的最佳含水量比鹽漬土分別增加了0.46%、0.72%、0.81%；當改良土中硅微粉摻入量為6%、12%、18%時，硅微粉改良土的最佳含水量比鹽漬土分別增加了0.1%、0.24%、0.3%；在復摻水泥-硅微粉中，改良土的最佳含水量比鹽漬土增加了0.5%～1.12%。

3.3 水泥和硅微粉的摻入，可以有效提高路基土最佳含水量，從而方便公路沿線含水率較高或較低的土質(zhì)利用，便于當?shù)厝⊥潦┕?，避免大量外運填料，降低了施工成本。