挖掘土壤样品收集的实验段公路建设沿着长江下游的江苏,中国。挖掘土壤的基本物理性质提供了表 1。根据统一的土壤分类系统,挖掘土壤划分为有机淤泥(OL) [ 26]。

在这项研究中,两种不同的无机添加剂被用作稳定绑定:生石灰和普通硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥和生石灰的化学成分表 2。SAP用于本研究属于吸水树脂酯复合物。在干燥状态下,SAP粒子的直径大约是100 - 150 μ根据茶叶袋米。方法( 27),SAP的吸水每克约60 g。

本研究使用重构方法准备样品。首先,脱水挖掘土壤分解,然后预定数量的水和挖掘土壤混合获得一个挖掘土壤的含水量为38.53%(原始含水量)。然后SAP粒子添加到挖掘土壤吸收水分。随后水泥和石灰粉的形式添加到土壤和混合5 - 10分钟来满足一致性的要求。测试方案和相应的添加剂含量如表所示 3。整个混合过程应控制在10分钟,以避免土壤硬化水泥的水化反应。土壤样品准备使用各种测试方法。

UCS测试进行根据ASTM D2166中提供的指导方针。样本的准备与之前提到的混合土壤。样品是5厘米×5厘米圆柱形样本,这是由静压使用反应部队框架和一个液压千斤顶。样品后,将其放入标准养护箱20°C±2°C,湿度95%固化在3 d和测量其无侧限抗压强度,7 d, 14 d, 28 d。无侧限抗压强度的测试方案获得的平均两个样品的测试结果,表示 问 _u。无侧限抗压强度试验机以50 kN的最大应力测试中使用。负载进行了1毫米/分钟的速度,直到压力达到最大值。的 问 _u是单位面积上的最大负载达到。

压实度是指实际的施工现场干密度比获得的最大干密度标准室内压实试验,这是最重要的一个内部索引道路工程施工的质量管理。根据ASTM D698,压实试验是由使用压缩工具。土壤样本放入压缩缸在三层,每一层是降至305毫米的高度有2.5公斤重锤56次。通过改变土样的含水量不同的塑性极限方案,不同方案的最大干密度终于获得。通过相同的压实试验土样不同的方案,实际的干密度,和最后的压实程度的比例是由实际的干密度和最大的干密度。

为了测试SAP物质损失和重复吸水的影响耐久性的巩固土壤,模拟施工现场的路基的失水过程和参考方法干燥和湿润的ASTM D559循环试验和干燥收缩试验。

干燥和湿润的循环测试,无侧限抗压和样品不同比例治愈与标准养护箱28天的固化条件。样品在室温下浸在水里(20±2°C) 5 h,然后在烘箱干燥24小时45°C,并在室温下冷却至少两个小时。这是一个干湿循环。达到目标数量的干湿交替后,在去离子水浸泡样品25±2°C 1 h。随后,进行无侧限抗压强度测试样本,经历了3、5、10干湿交替。

干燥收缩试验的样本量是50 × 50 × 200毫米。在标准养护条件下养护7 d,样品与水饱和,和样品的初长度测量之前干燥收缩框(温度是20±1°C,相对湿度是60±5%),然后根据需要的电表读数记录。

道路性能的CBR值是一个重要指标。此外,在南京地下水位高,降雨集中时期。CBR试验可以模拟极端天气条件的不利影响的长期降雨和长期的车辆。根据ASTM D1883,进行测试的样品符合要求的密实度。样品与标准养护7 d被浸泡在水中4 d来确定他们的负载电压。

代表样品的微结构特征研究了x射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)和冻干样品准备的扫描电子显微镜(SEM)测试。首先,土壤样品切成小方块(1厘米××1厘米1厘米)。数据集然后沉浸在液氮和真空冷却到−210°C。最后,冷冻样本被放置在真空室的冷冻干燥器中脱和升华了24小时。研究表明,这一过程最小化干扰土壤微结构( 28- - - - - - 30.]。冻干样品由上述方法被涂上一层黄金诱导电导率进行扫描电镜分析。样本分析扫描电子显微镜(SEM)和x射线衍射仪和阴极铜。冻干样品被磨成细粉与扫描速度2°/分钟,扫描范围的5°-90°,扫描步长为0.02°。然后,玉5.0软件用于semiqualitative分析的结果。

图 1描绘了典型的SAP内容和无侧限抗压强度之间的关系( 问 _u)开挖土壤处理石灰和水泥的初始含水量为38.53%。在某些石灰含量和固化时间,无侧限抗压强度( 问 _u)与SAP的增加显著增加内容。具体地说,当0.15%的SAP内容添加到挖掘土与石灰和水泥、治疗 问 _u平均增加0.48倍,相比之下,那些没有SAP。在SAP中0.3%和0.45%的增长 问 _u达到了0.51和0.57倍相比,没有SAP,分别。从图可以看出 2可以得到类似的结论,挖掘土壤水泥治疗后。与SAP为0.15%,0.3%,0.45%,曲线增加了0.75,0.90,和1.01倍,分别与SAP的缺失。重要的无侧限抗压强度的增加表明,SAP有积极影响水泥砂浆的强度在高含水率,并大大提高了在特定情况下拌浆方法的有效性。具体来说,通过比较3 d和7 d,不难发现,增加的速度 问 _u样本的增加与SAP内容的增加,这表明,SAP具有积极的影响对提高水泥的强度在短时间内挖掘土壤。

主要原因是在固化过程中,所有样品的水化反应程度几乎是相同的。虽然SAP粒子吸收游离水的一部分,人们普遍认为,水泥的水化程度是在同一水平条件下的高含水量( 31日]。所以强度的提高离不开SAP在其中扮演的角色。SAP吸水和扩张可以有效改善水泥挖掘土壤的孔隙结构,可以免费提供周围的水泥颗粒与水的水合反应所必需的,因此具有较高的相对湿度与水泥挖掘土壤没有SAP。因此,外部供水和SAP提供的内部供水参与湿养护条件下结构的改进。然而,考虑到供水SAP相关内容,SAP含量越高,强度越大的样本增加。

图 3显示的强度发展挖掘土壤胶结固化时间与SAP。结果表明,样本包括SAP的强度高于没有SAP在一定量的石灰和水泥。这表明,SAP积极的影响强度增加整个养护期(3-28天)。通过观察趋势力量的斜率,不难发现,样品的强度增长率包含SAP早期(3和7天)是没有SAP高于样品。这是因为巩固了挖掘土壤的强度增加是由于水泥的水化过程,在此期间水消耗。固化时间,SAP基本水化水泥颗粒周围粒子;由于水的消耗,样本有一个新的孔隙,这可能会导致样品的强度下降,但由于水泥水化的其他部分仍在继续,在后期,样本的整体强度增加,但增加的速率显著降低。因此,样品的强度增加范围包含SAP接近的样品没有SAP。

压实度为代表的符号在表3和7天 4。自挖掘土壤将使用在南京地区,中国,据中国JTGD30-25路基填料的最低压力密实度要求94%。从表中不难看到,SAP可以有效改善土壤样本的最优含水量。与土壤样本没有SAP相比,最优含水量平均增加了1.889%。这使得土样的含水量与SAP接近最佳含水量,也就是说,在相同含水量条件下较高的密实度。根据测试结果,可以看出,土壤的密实度样本包含SAP已经可以满足要求在3 d和进一步改善7 d。它可以认为SAP可以巩固土壤满足施工压实的要求在很短的时间内,从而减少施工周期。

此外,如图 4、最佳含水量和土样的最大干密度均高于平原土壤后的水泥。这是因为水泥添加后,水被消耗在水泥水化。随着水化产物的生成增加,结构抵抗巩固土壤和土壤颗粒之间的凝聚力和所需的水润滑土壤颗粒之间的阻力增加,最优含水量增加水泥后稍微补充道。这也表明,增加水泥后的土壤结构的密度,所以最大的干密度也增加。与石灰混合后,进一步提高了最优含水量的土壤;这是因为添加石灰之后,有大量的土壤水分的消耗身体,虽然有后续水合生成产品,但由于水化产物的生成是有限的,由于结构紧凑的程度的影响最优含水量的提升不能抵消的最大干密度较低。

SAP合并后的土壤样本的最优含水量显著增加与平原土壤相比,巩固土壤,cement-limed土壤,而最大的干密度与平原土壤相比,降低了土壤,土壤和cement-limed。由于SAP的超级吸水性能,以达到一个相对饱和状态土体内,吸收大量的水是必要的。SAP颗粒吸水后土壤中主要填补毛孔的身体,形成大型土壤颗粒之间的聚合来改善土壤的密实度的身体。因此,最优含水量的土壤样本SAP合并后增加。由于相对饱和SAP粒子的填充效果,土壤孔隙体实际上是装满水。这种填充效应使土壤结构更加细腻、残积土的最大干密度的身体减少。SAP合并后的固化土的压实曲线往往是平的,这意味着可以达到规定的压实要求建筑在一个广泛的含水量,以及最优含水量的提高有利于施工过程中水分的控制。

为了进一步澄清SAP在巩固了挖掘土壤的影响,代表的CBR试验方案进行了分析。表 5介绍了CBR值要求JTGD30-25中国合理的建设。CBR试验是进行水泥挖掘土壤没有SAP,结果在表 6。的CBR值不稳定的挖掘土壤3.5 3.8 7 d和28 d,这两个很难满足路基填料的要求。固化7天后,C2的CBR值,C4,和C6 7.2, 12日和15.2,分别增加了2.1倍,3.4倍和4.3倍而不稳定的土壤挖掘。养护28天后,C2的CBR值,C4, C6分别为10.1,19.2,和35.7,分别增加了2.7倍,5.1倍和9.4倍而不稳定的土壤挖掘。这一趋势与水泥水化的趋势是一致的。固化7 d后,水泥样品的CBR值与SAP添加与SAP的内容的增加,减少和C2S15 C2S30, C2S45不能达到路基填料的标准。虽然其他程序的CBR值降低,他们仍然可以达到路基填料的标准。这CBR值的减少可能是由于长时间浸泡在示例中,SAP粒子在示例可以充分吸收水分和扩大来填补土壤颗粒之间的孔隙。长期浸水环境使SAP粒子的扩张远远大于在正常养护条件下,可防止水泥水化产物形成胶结结构与土壤颗粒对土壤孔隙结构造成破坏的身体。这种可能性将详细研究的微观分析。 After curing for 28 d, the CBR value of the cement sample added with SAP has similar conclusions, but the difference is that all schemes can reach the standard of subgrade filling. Therefore, C4S15 is the minimum material use scheme to improve the CBR value of unstabilized excavated soil.

在这项研究中,人们发现CBR值之间的相关性和曲率值挖掘土壤稳定的OPC图所示 5。线性方程被用来适应,这是发现瞿CBR值约为0.0546。类似的结果已经由其他研究人员观察各种类型的稳定的土壤。当使用OPC和粉煤灰稳定膨胀土,Voottipruex Jamsawang发现,CBR值约为0.0179 问 _u( 32]。江等人利用电石渣作为稳定剂来提高公路材料,发现软土CBR值约为0.042 问 _u( 33]。Amadi发现CBR值约为0.0617 问 _u当OPC被用来提高路基的强度和耐久性填充材料( 34]。人们普遍认为,之间的关系 问 _u和CBR值的稳定土壤只适用于粘合材料稳定土壤。因此,CBR的拟合方程 问 _uSAP样本被添加在图 5和变异系数( R²)只有0.6634。因此,这个公式不能很好地适应CBR值和之间的关系 问 _u样本与SAP的材料补充道。这表明SAP稳定水泥的方法挖掘可能不是基于胶结,但更容易发挥作用作为填充材料。进一步分析也将进行微观分析。

干湿循环是影响耐久性的主要因素之一的土壤。耐久性是一个重要的参数来评估是否浪费材料可用于工程,也是一个主要要求路基填充材料在实际工程中使用。更耐用的路基材料降低维护成本和环境影响,从而促进废物利用。实际环境的影响强度和耐久性的水泥和polymer-stabilized挖掘土壤研究了干湿循环效应的方法。

图 6显示的强度发展与养护的代表性样本年龄7 d和28 d和干燥和湿润周期3、5、10。在样品没有湿润和干燥周期, 问 _u样本的增加与SAP用量和固化时间的增加。与样品相比在湿润和干燥周期测试,无侧限强度的样品在7和28天增加聚合物的数量的增加。结果表明,聚合物钢筋水泥发掘具有更好的耐久性在早期和后期养护阶段。此外,样品治愈28天可视为平行样品治愈7天,受干湿循环10周(约27天)。虽然力量开发的样品进行干燥和湿润周期不如样品在标准养护条件下,两者的区别并不大,这差距逐渐缩小与高分子量的增加。这是由于干湿循环条件下的水泥挖掘土壤结构的破坏。潮湿的环境会使土壤颗粒的胶结土壤装满水,显示扩张的状态。干燥的环境会导致土壤颗粒之间的水的损失,这将导致孔隙体积的减少,显示收缩状态。这导致表面裂纹和紧张的样本( 35, 36]。质量损失随周期的数量增加(图 7)。为SAP水泥土壤挖掘、无侧限强度样本增加随着循环次数的增加,可能是由于SAP的存在对样本的结构有一定的保护作用;干燥周期的条件下,SAP将是缓慢释放的内部存储的水和内部样品的含水量保持在一个给定的相对湿度;条件下的湿循环,SAP与土壤相比,吸水速度快,土壤结构受到保护。此外,SAP能够有效促进水泥水化( 21]。即干湿循环条件下,SAP能够保持样本内的水分含量在一个相对平衡的状态,促进水泥水化,提高水泥的强度挖掘土壤。

新增的SAP增强水泥的水化反应条件下的润湿和干燥周期,从而促进样品的强度发展和改善样品的耐久性。这主要决定了耐久性和强度之间的关系。图 8显示了耐久性的关系( 问 _u-WD)具有代表性和无侧限抗压强度( 问 _u)。结果表明, 问 _u-WD在任何数量的周期直接相关 问 _u。归一化强度之间的关系和数量的周期图所示 8 (c),给出了方程的关系 (1) 问 u − W D 问 u = 0.0284 C + 0.9423。

的公式, C是周期的数量。考虑拟合公式的可靠性,一系列的值 C建议是一个自然的从1到10的数字。的 C值可以改变根据实际工程需求。由于以前的研究集中在SAP的保水性 37, 38),有一个缺乏耐久性研究固化土的强度。图 8 (c)只显示拟合公式的水泥和粉煤灰的固化疏浚底泥耐久性研究以前的研究( 8, 35),而这项研究。不难发现,水泥和粉煤灰固化土的强度随周期的数量的增加,这也进一步表明,SAP能够有效改善水泥固化土的耐久性和早期有显著的影响。因此,方程( 1)可用于快速估计待挖掘的干湿循环强度在路基填土材料。

根据图 9(一),随着时间的增加,代表样品的干燥收缩应变增加随着时间的增加。C4的干燥收缩变形后7天达到最大应变的89.1%,和干燥收缩应变C4S30后7天93.8%的最大压力。然而,C4S30的最大应变是只有67.4%的C4的最大应变。换句话说,C4的干燥收缩应变将会显著降低和时间达到稳定状态后将缩短SAP材料补充道。类似的结果获得了L2C4 L2C4S30。

根据图 9(b),随着时间的增长,迅速收缩系数上升,达到最大值,然后下降,随着时间的推移,逐渐变得稳定。C4的干缩系数达到最大值在3 d和4 d C4S30达到最大值。L2C4的干缩系数在3 d达到最大值,和干缩系数L2C4S30在3 d也达到最大值。没有明显的变化的时候代表样本的干缩系数达到最大值。通过比较干燥收缩系数的值时,干缩系数达到稳定状态时,它可以发现C4的干缩系数和L2C4显著高于C4S30 L2C4S30。此外,几乎没有区别的干缩系数代表样本。

通过综合比较干燥收缩应变的变化规律及干缩系数,它可以发现,添加SAP材料可以显著提高了土壤的干燥收缩性能。这可能是因为水吸收SAP在后期可以缓慢释放,使样品在相对潮湿的环境。

通过研究干燥和湿润周期和干燥收缩,可以认为巩固土壤由SAP治疗具有更好的耐久性。这可能是因为水吸收SAP在后期可以缓慢释放,使样品在相对潮湿的环境。因此,样品的强度可以继续增加,和这将是进一步揭示了微观机理分析。