efs纯土固化道路基层试验及施工应用

18

D0I ： 10. 7672/sgjs2020030018

2020年2月上第49卷第3期

CONSTRUCTION TECHNOLOGY

EFS纯土固化道路基层试验及施工应用*

张春东\\丁永明\\苗华1，姚勇2,陈代果2’3

(1.中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都610213; 2.西南科技大学土木工程与建筑学院，

四川绵阳621010; 3.中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，中国科学技术大学，安徽合肥230026)

[摘要]结合中国（绵阳）科技城游仙军民融合产业园道路工程，设计EFS纯土固化配合比方案（纯土+ 8%水泥+0. 020%EFS 土体稳定剂），对试件进行3,7d无侧限抗压强度、水稳定性、4h凝结时间影响系数试验研究，现场取样

后进行7,28(丨无侧限抗压强度试验，将现场测试与实验室数据进行对比，分析EFS固化配合比方案的实际应用效 果。试验结果表明，纯土固化试件抗压强度随着时间的增长而增强，存在早强现象，EFS固化试件逐渐均匀、密实， 抵抗外部损坏的能力增强；EFS固化配合比可应用于道路路基下基层中。

[关键词]道路T程；路基；固化土；试验；研究[中图分类号]TU521

[文献标识码]A

[文章编号]1002-8498(2020)03-0018-04

Field Test and Construction Application of EFS Solidified Road Subgrade

ZHANG Chundong1, DING Yongming1, MIAO Hua1, YAO Yong2, CHEN Daiguo2,3

(X.Sinohydro Bureau 1th Co. , Ltd. , Chengdu y Sichuan 610213, China \\2. College of Civil Engineering and Architecture, Southwest University of Science and Technology，Mianyang,

Sichuan 621010, China； 3.C/45 Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials y

University of Science and Technology of China ^ Hefei, Anhui 230026, China)Abstract：Combined with China ( Mianyang) Science and Technology City Youxian Integration Industrial Park road project, this paper designs a scheme of plain soil +8% cement +0. 020% EFS soil stabilizer. This paper conducts an experimental study on the influence of there days and seven days unconfined compressive strength, water stability coefficient and four hours setting time. This paper takes samples on site and conducts unconfined pressure tests on seven days and twenty-eight days. At the same time, field tests are compared with laboratory data to analyze the practical application effect of the EFS solidified ratio scheme. The test results show that the strength value increases with time, and the strength develops rapidly in the early stage. The EFS solidified specimens gradually become uniform and compact, increasing their resistance to external damage. The solidified ratio is suitable for municipal road branch road base course.

Key words：road construction； subgrade； stabilized soil； testing； research

〇引言

缝的减少均有一定影响；杨爱武等[2]以河北张家口 地区铁尾矿作为研究对象，通过击实试验、无侧限 抗压强度试验、水稳定性试验，研究水泥和土凝岩2 种土壤固化剂对该类铁尾矿性能的影响。国内外 对道路固化已有一定研究[3〜，但针对纯土固化基 层试验及道路应用的研究较少，缺乏实验室试验研 究，因此，开展纯土固化基层击实试验及3,7d无侧 限抗压强度试验、水稳定性试验、4h凝结时间影响 系数试验，并开展施工应用研究。对道路基层进行 钻芯取样，开展7,28d无侧限抗压强度现场试验，将 试验结果与实验室研究结果进行对比分析，更全面

EFS为一种新型土体稳定材料，是性能很强的

氧化剂、溶解能力很强的溶剂和天然分散剂，也是 能使土壤稳定、固定的高分子复合材料。Butt等[,] 对比掺人不同含量头发纤维的黏土力学性能和表 观现状，发现头发纤维对黏土强度的提高和土体裂

*国家自然科学基金（51908476);住房和城乡建设部科技计划项目 (2018-K9-049 ； 2018-K9-059)[作者简介]张春东，工程师，E-mail:2〇\"860059@ qq.com[通讯作者]陈代果，博士研究生，讲师，£-11^丨：。(^927@1113丨1.1181(；.

edu.cn

[收稿日期]2019-12-25

2020 No.3张春东等：EFS纯土固化道路基层试验及施工应用19

地了解纯土固化配合比的应用效果。0.020%EFS 土体稳定剂的配合比方案满足下基层 1

道路土体试验研究

强度规范值要求，但与上基层强度规范值相差较 1.1工程概况

小。若以纯土为基料，设计8%水泥+0. 020%EFS 土 中国（绵阳）科技城游仙军民融合产业园道路 体稳定剂的纯土固化基层配合比方案，此配合比下 工程位于游仙区东林乡辖区内，其中保通路位于绵 道路性能是否满足规范要求需通过试验验证。为 广高速公路与7号路之间区域，与绵广高速公路及 保证填筑压实质量，开展击实试验，试验方法参考

7号路基本平行，道路全长198m，为临时便道，平面 JTG E51 —2009《公路工程无机结合料稳定材料试

线形为曲线，单面坡。

验规程》，击实试验共开展5次，根据含水率-干密度 车行道路面宽6. 5m,双向单车道，路面排水设 曲线得到最大干密度与最优含水率，试验结果如表 施与原设计保持一致，设计标准参照城市支路标 4所示。

准。路面断面结构由垫层、基层和面层3部分组成， 表4

击实试验结果

其中垫层为35cm厚级配碎石，基层采用20cm厚 EFS试验次数

固化土，面层采用l〇Cm厚沥青混凝土。

1

2345中国（绵阳）科技城游仙军民融合产业园地理 含水率/% 4. 937. 8510.6911. 7815.42位置特殊，与外界交通不便，建筑砂石运输困难。 干密度/(g_cm_3) 2.037

2. 113

2.0732.029

1.946

最大干密度/(g*cnT3)

2. 115因此，为保护生态环境，提高民生质量，充分利用现 最优含水率/%

12.00

场土体进行道路建设，同时改善道路基层路用性能。 1.2 土体性能研究

2.2无侧限抗压强度试验

试验所用基土均取自产业园内。对土体开展 根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规 含水率，颗粒筛分，液、塑限测定，有机质含量测定 程》的要求制备试件。在标准养护条件下，分别养

试验，试验方法参照SL 237—1999《土工试验规程》 护3,7d后进行无侧限抗压强度试验。试验结果如 和JTG E40—2007《公路土工试验规程》等。土体天 表5,6所示。

然含水率为22. 13%,基土颗粒筛分试验结果如表1 由表5,6可知：①7d无侧限抗压强度满足《土 所示，液、塑限测定结果如表2所示，有机质含量如 壤固化剂应用技术标准》中下基层强度要求；②EFS 表3所示，由表3可知有机质含量满足CJJ/T 286— 固化土强度随着龄期的增长不断发展；③实验室试 2018《土壤固化剂应用技术标准》的要求。

件养护3d时95%保证率的强度代表值达2. lMPa, 达到7d强度的91. 3%，说明试件强度在早期发展较 表1

基土颗粒筛分试验结果

粒径/mm

快;④试件养护3d时95%保证率的强度代表值较 项目

>60

60~2 2--0. 075 0. 075 〜0. 002 <0. 002文献[8]中素土+12%水泥试件强度高17. 9%，说明 二劃

100.0

91.4

57. 8

—

8%水泥+0. 020%EFS 土体稳定剂试件3d强度大于 的

=仅加12%水泥的试件。试验结果表明，适量掺人

表2

基土液、塑限及液、塑性指数

EFS 土体稳定剂可提高试件承载力，在提高试件强

土样液限/%塑限/%塑性指数液性指数度的同时减少水泥掺量。这主要因为EFS 土体稳 1号30. 81018. 19012.6200.312定剂在与无机结合料混合后，改变了土壤分子的排 2号

31. 24018.012.7000. 283平均值

31.025

18.365

12.660

0. 298

列组合，在分子间形成水不能通过的网膜，再利用 土壤自身的黏性达到稳定土壤、加速土壤自然石 2纯土固化混合料配合比试验研究化、提高土壤承载力和防止水渗透的目的。2. 1

击实试验

2.3水稳定性试验

前期试验发现，以土石混合料（碎石：土 =6:4)

传统筑路方法以石灰、砂、石等无机原料为主， 为基料，8.5%水泥+0.020%EFS 土体稳定剂的配合 以物理方法（机械压实等）形成层压堆积式结构，但 比方案满足上、下基层强度规范值要求，4. 5%水泥+

忽视了路基材料亲水性问题[12 ]，投人使用后，在水

表3

基土有机质含量（硫酸亚铁标准液浓度为0. 143 4〇m〇l，LM)

空白标定消耗硫酸亚铁标准液量/raL滴定土样消耗标准液量/mL序号土样质量g有机质

平均有滴定前滴定后消耗滴定后滴定后消耗含量/%机质含量/%10. 384 20. 0021.5721.570. 0021.2021. 200. 078 00. 077 5

2

0. 391 6

0. 00

21. 87

21. 87

0. 00

21.50

21. 50

0. 077 0

20

施工技术

第49卷

表5

3d无侧限抗压强度试验结果

项目3d无侧限抗压

标准差

变异95%保证率的

实测压

试验时强度平均值/MPa

系数/%

强度代表值/MPa

实度/%

含水率/%

实测值2. 3

0. 104

4. 52. 196

8. 32

——上基层多2. 5， 规范值

矣15

下基层1.5~2.5

——

表6 7d无侧限抗压强度试验结果

项目7d无侧限抗压

变异95%保证率的实测压 试件试验时

强度平均值/MPa

标准差

系数/%

强度代表值/MPa

实度/%

吸水量/g

含水率/%

实测值2.4

0. 076

3.2

2.396

30

8.57

规范值

——彡15上基层多2. 5， 下基层1.5~2.5

— ——

表7

水稳定性试验及4h凝结时间影响系数试验结果

无侧限抗压强度平均值/MPa

水稳系数/%

4h凝结时间影响系数/%

试件

6d标准养护. 、

7d标准

Id泡水养护

不延时

延时4h

实测值

规范值

实测值

规范值

吸水率/ %

2.4

2.6

2.：3

2. 1

92

多 80

91

多90

15. 8

表8

现场取样7d无侧限抗压强度测试结果

强度

强度强度变异

95%保证率的

项目

最大值/

最小值/

平均值/

标准差

系数/

强度代表值/

试件平均 水稳 MPa

MPaMPa

%

MPa

吸水率/%

系数/%

实测值1.281.031. 20

0. 079

6. 61. 1

0. 7085. 7

规范值

—

—

在15

上基层多2.5， —

下基层1. 5~2. 5

—

彡80

表9

现场取样28d无侧限抗压强度测试结果

强度

强度 强度 变异项目最大值/

最小值/

平均值/

标准差 系数/

95%保证率的

试件平均

水稳 MPaMPaMPa%

强度代表值/MPa

吸水率/%

系数/%

实测值2. 291.772. 030.260

12.8

1.6

0. 7585. 8

规范值

—

矣15

上基层多2.5， —

—

下基层1.5~2.5

—

彡80

(地表水、地下水）的影响下，当道路荷载变化引起 系数，如表7所示。由表7可知，纯土固化基层配合 路基扭曲时，路基结构会出现不均匀磨耗，导致路 比4h凝结时间影响系数为91%，大于《土壤固化剂 基表面出现起伏、坑洞、凹槽，并加速老化[13“4]。土 应用技术标准》中4h凝结时间影响系数90%的要 体在自然环境中受地表水和地下水的影响，混合料 求，说明施工拌合在4h内可达到施工要求，对基层 中亲水性较强的土粒与水相互作用，吸水后体积膨 路用性能的影响不大。

胀，强度降低，发生浸水软化现象+8],影响工程安 结合7d无侧限抗压强度试验、水稳定性试验及 全和正常使用。因此，开展纯土固化配合比水稳定 4h凝结时间影响系数试验，EFS纯土（ 8%水泥+ 性试验，试验结果如表7所示。

0.020%EFS 土体稳定剂）配合比方案更适合应用于 由表7可知，纯土固化基层配合比水稳系数为 道路下基层。9 2 % ,大于《土壤固化剂应用技术标准》中水稳系数 3

路用性能试验研究

80%的要求。这主要因为土体中成分在掺人EFS 土 3.1钻芯取样

体稳定剂后，由亲水性转变成憎水性，形成更密实 根据CJJ 1—2008《城镇道路工程施工与质量验 的板块，降低水浸作用（水蚀、冻融、缩胀、翻浆等） 收规范》的规定，基层7,28d无侧限抗压强度应通 引起的道路损坏及老化，从而增加道路使用年限。 过现场取样的方式进行测定，检查数量为每2 000m2 2.4 4h凝结时间影响系数试验

抽检1组（6块）。因此，分别在7,28d龄期时对纯 以稳定土混合料停放4h后成型试件与立即成 土固化基层进行现场取芯，分别取样8个，共16个。 型试件的无侧限抗压强度之比评价凝结时间影响

通过现场取芯发现，基层平均厚度为15cm。2020 No.3张春东等：EFS纯土固化道路基层试验及施工应用

21

3.2路用性能试验

现场取样后，在实验室中将试件泡水24h,然后 进行7cl无侧限抗压强度测试，测试结果如表8,9所示。

由表8可知：①试件7d无侧限抗压强度95%保 证率的强度代表值为1. IMPa，强度偏低，未达到规 范要求;②试件平均吸水率为0.70%,水稳系数为 85. 7%,满足规范要求；③试件抗压强度标准差为 0.079,变异系数为6. 6%,小于规范要求值。由表9 可知：①试件28d无侧限抗压强度95%保证率的强 度代表值为1.6MPa，满足规范对下基层的强度要 求；②试件抗压强度标准差为0.260,变异系数为 12. 8%，满足规范要求。

相同配合比条件下，对实验室与现场试验测得 的固化土基层7d无侧限抗压强度进行对比，可知： ①在标准养护条件下，实验室纯土固化试件强度 值、水稳系数达到下基层规范值要求；②现场施工 影响因素较多，现场取样试件强度低于实验室试件 强度，合理制定施工流程，规范化施工具有一定重 要性；③由现场取样试件强度可知，28d无侧限抗压 强度高于7d无侧限抗压强度，说明随着时间的延 长，抗压强度增大。4

结语

对8%水泥+ 0.020%EFS纯土固化配合比设计 的试件开展无侧限抗压强度试验、水稳定性试验、 4h凝结时间影响系数试验，分析其力学性能，同时 与现场取样试件试验结果进行对比分析，得出以下结论。

1)

适量掺人EFS 土体稳定剂的试件具有较的承载力和水稳定性，凝结时间影响系数也满足规 范要求。掺人EFS 土体稳定剂后在提高试件强度 的同时减少水泥掺量。

2)

随着时间的增加，外掺EFS 土体稳定剂和泥的试件强度增加，土体形成均匀、密实、强度较高 且耐久的板块。应注重前期施工准备的完备性，提

高施工环节的精细度，确保固化质量。

3) 对8%水泥+ 0.020%EFS纯土固化配合比件水稳定性及强度测试结果进行分析，可知早期强 度发展较快，后期强度逐渐增强，适用于道路路面 下基层。若改变水泥及EFS 土体稳定剂掺量，纯土 配合比是否适用于上基层仍有研究空间。参考文献：

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高

水

试