新型固化材料在道路軟基地的應(yīng)用研究

周蓉 王瑤文

摘 要：作為道路軟基地固化的主要影響要素，傳統(tǒng)土壤固化劑早已無法滿足加固土對于水化物類型與數(shù)量的特殊化與個(gè)性化需求了，不僅加固效率非常低，且加固效果也很差，以此研制新型固化材料應(yīng)用于道路軟基地改善已是必然趨勢。通過分析道路軟基地特性，制備了新型固化材料，并對其在道路軟基地中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了深層闡述，期望能夠?yàn)榈缆饭こ淌┕ぬ峁└嘤辛椭?/p>

關(guān)鍵詞：乳化硅油;軟基地;固化劑;含水率

中圖分類號：?????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1001-5922（2022）03-0044-03

Research on application of new solidified materials

in road soft baseoft base

ZHOU Rong1， WANG Yaowen2

（1. Xi ‘a(chǎn)n Vocational and Technical College， Xi an 710077， China; 2. Zhongke Transportation Construction

Technology Co.， Ltd.， Beijing 100195， China）

Abstract：As the main influencing factor of road soft base solidification， the traditional soil stabilizer has been unable to meet the special and personalized needs of the type and quantity of hydrates in the reinforced soil. Not only the reinforcement efficiency is very low， but also the reinforcement effect is very poor. Therefore， it is an inevitable trend to develop new solidified materials for the improvement of road soft base. In this paper， through a detailed analysis of the characteristics of road soft base， a new curing material is prepared， and its practical application in the road soft base is deeply elaborated， hoping to provide more powerful help for road engineering construction.

Key words：emulsified silicone oil; soft base; curing agent; moisture content

道路工程施工過程中，軟基地是影響效率與質(zhì)量的關(guān)鍵要素，在此類型土質(zhì)范圍內(nèi)施工，不僅難度大，容易發(fā)生塌陷與沉降，影響預(yù)期效果，還會嚴(yán)重威脅交通運(yùn)輸安全性[1]。此外，隨著私家車數(shù)量增多，再加上雨雪天氣，對于道路使用的可靠性與安全性均是嚴(yán)峻考驗(yàn)[2]。據(jù)此針對道路軟基地特性，制備新型固化材料作為固化劑，應(yīng)用于道路工程施工，為后期工程提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)，具有十分重要的意義。

1 軟基地特性分析

1.1 流變性

道路使用壽命通常較長，通行車輛也比較多，而大重型貨車經(jīng)過更容易影響道路地基，軟基地于強(qiáng)壓負(fù)荷之下很容易發(fā)生明顯形變，從而導(dǎo)致道路壽命縮短。若施工企業(yè)不以針對性加固技術(shù)措施加以處理，還會造成大面積土基流動現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)路面塌陷。

1.2 含水率

不同于常規(guī)土層，軟基地水分含量非常大，于水分含量超標(biāo)條件下，土壤會生成定量黏土與粉土。在道路路基施工過程中，若是黏土與粉土含量過高，會生成大量負(fù)電荷，其會汲取空氣內(nèi)的水蒸氣，以此保持自身含水率，其中含水率越高，則地基涂層縫隙越大。若道路工程施工地區(qū)降水比較頻繁，空氣中的水蒸氣會十分豐富，如此便會嚴(yán)重影響軟基地施工處理效率[3]。

1.3 壓縮系數(shù)

相較于一般地基土，軟基地壓縮系數(shù)比較大，抗剪強(qiáng)度比較低。由于含水量比較大，土粒間孔隙復(fù)雜且繁多，如此便加大了道路軟基地壓縮系數(shù)，降低了其抗壓性能[4]。在外界荷載作用于此道路工程軟基地范圍，對其形成巨大壓力時(shí)，會出現(xiàn)嚴(yán)重沉降現(xiàn)象，若不及時(shí)加固處理，路面塌陷面積會逐步擴(kuò)大，進(jìn)而威脅到道路運(yùn)輸安全性。

2 新型固化材料制備

2.1 表面活性劑制備

表面活性劑即乳化硅油制備流程[5]：稱量2 g二甲基硅油與1 g復(fù)合乳化劑，放置于三口燒瓶內(nèi)，以量筒稱量17 mL蒸餾水;然后加熱三口燒瓶，在二甲基硅油與復(fù)合乳化劑充分均勻混合并溶解之后，以1 000～1 800 r/min速度下攪拌，在三口燒瓶中溶液溫度上升至85 ℃后，添加溫度85 ℃的去離子水17 g，持續(xù)攪拌1 h，便可制備出硅油乳液，為乳白色狀。此硅油乳液分散性與流動性良好，液滴以圓球狀均勻分散;乳液制備最佳條件：1 200～1 400 r/min攪拌速度、1 h攪拌時(shí)間、0.43∶0.57配比復(fù)合乳化劑、1∶0.5配比硅油與乳化劑。

2.2 新型固化材料制備

新型固化材料組分具體如表1所示。

新型固化材料制備流程：稱量硅酸鹽水泥熟料、脫硫石膏、生石灰、焦炭、乳化硅油、細(xì)砂，于攪拌機(jī)內(nèi)放置粉狀試樣，均勻攪拌混合，便可制備成道路軟基地用新型固化材料。若上述組分內(nèi)出現(xiàn)塊狀體，那么應(yīng)先將其研磨為粉末狀，再和其他粉末狀組分充分混合攪拌[6]。新型固化材料制備流程，如圖1所示。

2.3 新型材料固化機(jī)理

道路工程軟基地用新型固化材料的固化機(jī)理：軟基地內(nèi)包含復(fù)雜且繁多的化學(xué)因素，即土樣離子交換、pH值、硬凝反應(yīng)、物理吸附等相關(guān)作用均會直接影響新型固化材料的水化硬化過程。固化材料水化物應(yīng)包含膠結(jié)性與膨脹性水化物，其中膨脹性水化物可填充土壤孔隙，所以具有一定的增強(qiáng)效果，而其能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵在于其作用的協(xié)調(diào)性[7]。

表面活性劑的油滴基于微細(xì)顆粒分散在水相介質(zhì)之中，生成水包油乳狀液，促使油滴微小顆?？删鶆虿⒎€(wěn)定分散于水相中，各油滴表層均會附帶一層致密乳化劑分子膜，于固相表層聚集，使得內(nèi)部表面張力下降;以此則會加強(qiáng)固相與水相間的密切接觸，從而加速既有顆粒分散作用，強(qiáng)化顆粒間的可濕性，進(jìn)而改善水化物生成時(shí)的協(xié)調(diào)性。

3 新型固化材料在道路軟基地的應(yīng)用分析

以某公路建設(shè)工程為例對新型固化材料在軟基地中的應(yīng)用進(jìn)行闡釋分析。此公路工程位于平原西部，地下水位偏高，穿過農(nóng)田，地勢較低，存在大量植物腐殖質(zhì)[8]。其中路基1 m深的土壤呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，土壤大多為粉土、淤泥土，含砂但量少，廣泛分布，呈現(xiàn)軟塑態(tài)勢，承載力差，壓縮性較大。由于公路建設(shè)工程預(yù)算少，初期施工費(fèi)用出現(xiàn)超預(yù)算現(xiàn)象，基于工期、成本、效率、質(zhì)量等多層因素考慮，施工企業(yè)選擇了500 m長，6 m寬的軟基地進(jìn)行土壤固化材料試驗(yàn)測試。此段軟土厚度為4～6 m，地勢低，綜合條件最差。

新型土壤固化材料為粉狀與水狀，適用范圍具體為黏土。為確保試驗(yàn)路段測試獲取較好固化效果，以粉狀與水狀兩種固化材料同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。在新型固化材料實(shí)際應(yīng)用中，可充分合理利用施工區(qū)域軟土，縮減土方運(yùn)輸次數(shù)，縮小棄土對于四周農(nóng)田的損壞范圍，降低破壞強(qiáng)度[9]。在此范圍之內(nèi)，主要是低塑性沙土，黏土含量較少，不足15%;為獲得預(yù)期土壤固化效果，土壤取樣范圍以黏土含量較高的區(qū)域?yàn)橹?，土量為施工土方?0%。

利用小型挖掘機(jī)均勻攪拌混合黏土與軟土，再混合粉料與軟土，1 d之后以霧狀噴灑固化材料。此過程需利用挖掘機(jī)二次攪拌，促使其和土壤充分且均勻混合。然后軟土塊漸漸變散，含水量下降，隨后以1 d為點(diǎn)定期監(jiān)測土壤含水率。在監(jiān)測時(shí)，此區(qū)域環(huán)境溫度偏低，多陰天，偶爾降雨。土壤含水率具體如表2所示。

由表2可以看出，在道路軟基地中摻入固化劑后，第3 d出現(xiàn)了降雨，所以土壤含水率增加，但整體上呈現(xiàn)為下降狀態(tài)。在與最佳含水率標(biāo)準(zhǔn)相符的條件下，攤鋪處理之后的土，根據(jù)三攤?cè)龎耗Ｊ酵瓿?次碾壓。傳統(tǒng)軟基地固化處理會于路基表層留有車轍，難以壓實(shí)處理，即使后續(xù)用作便道，依舊會發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象。但是摻入固化劑后，土壤含水率下降，壓實(shí)工作順利開展，不會留下明顯車轍。而路基填筑后，壓實(shí)度檢測結(jié)果約為65.8%，且后續(xù)使用時(shí)未發(fā)生凹陷、局部隆起、不均勻沉降等不良現(xiàn)象。

以某市道路工程為實(shí)例對新型固化材料在道路軟基地中的應(yīng)用開展分析。其路段交通量較大，車輛多數(shù)是小型車，也有少數(shù)重型車。試驗(yàn)測試路段路面狀況非常好，表面平整干凈，未出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象[10]。這就表明摻入土壤新型固化材料后，此路段軟基地性質(zhì)得以有效改善，并且土基含水率下降之后不會受客觀因素影響出現(xiàn)反彈，其膨脹性得到明顯消除，促使路基始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。在此道路工程中，路基選擇摻入新型固化材料的土壤，而路面則采用瀝青，二者均屬于柔性材料，可促使地層緊密貼合，以此顯著提高其抗變形能力與行車荷載能力。若路面損壞，只需要翻轉(zhuǎn)面層之下的土壤，并摻入養(yǎng)護(hù)劑，再碾壓便可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)處理，可有效防止剛性或者半剛性材料在受力損壞之后，無法通車，以及處理難度大、成本高等問題。所以，以新型固化材料應(yīng)用于道路軟基地中，不僅效果好、速度快，且成本低、易維護(hù)。

4 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)軟土地基處理方式不僅成本高，且過于側(cè)重初始強(qiáng)度治理，嚴(yán)重忽略了土壤可能復(fù)水的問題，以此勢必會造成道路工程質(zhì)量參差不齊，易于發(fā)生塌陷與沉降現(xiàn)象。據(jù)此本文針對性制備了新型固化材料，以改善土壤性質(zhì)，將其應(yīng)用于道路軟基地，既可加固處理軟土地基，水穩(wěn)性高，又可避免土體崩塌或者膨脹造成的垮塌現(xiàn)象。此外，新型固化材料應(yīng)用范圍廣泛，成本低，效率高且工期短，實(shí)用性與可操作性強(qiáng)，值得大力推廣。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 單家佳，程曉君，吳一弦，等.苯并噁嗪/不完全籠型倍半硅氧烷復(fù)合材料的固化動力學(xué)研究[J].合成材料老化與應(yīng)用，2008（3）：11-15.

[2] 崔麗艷.新型光固化材料的設(shè)計(jì)、合成及光聚合動力學(xué)研究[D].青島：青島大學(xué)，2016.

[3] 陳法雄，胡連娟，柳紅霞，等.新型UV固化抗靜電材料的制備與性能[J].精細(xì)化工，2016，33（5）：504-508.

[4] 鄒平，高健康，姚龍，等.新型環(huán)氧樹脂快速固化絕緣密封材料制備研究[J].遼寧化工，2016，45（12）：1 501-1 503.

[5] 王廣政.新型復(fù)合固化材料快速加固松軟海（沙）灘的試驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（7）：249-251.

[6] 王銀梅，徐鵬飛.新型高分子材料固化黃土邊坡的抗沖刷試驗(yàn)[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2018，29（6）：92-96.

[7] 王常青.新型固化材料在市政道路軟基地的應(yīng)用探索[J].中國建材科技，2020，29（5）：132-133.

[8] 林浩杰，高俊剛，劉豐，等.鄰甲硼酚醛樹脂固化雙酚-A環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的性能[J].合成樹脂及塑料，2012，29（1）：61-64.

[9] 王銀梅.新型高分子材料固化黃土的抗剪強(qiáng)度特性[J].低溫建筑技術(shù)，2016，38（2）：116-118.

[10] 杜延軍，魏明俐，朱晶晶，等.含磷新型固化劑穩(wěn)定鋅鉛污染土性能研究[C]∥中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會、四川大學(xué).2014中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第八、九章）.北京：中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會，2014.