EN1固化剂性能测试Word格式.docx
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液体类固化剂，一般是单组份或多组份的可溶于水的高分子有机物，其可与水一起喷洒入土中，经拌和均匀并碾压成型后，可对土体起到固化作用。
其作用机理一般是物理、化学甚至有生物的综合作用。
多数液体固化剂都是由国外引进的。
但由于国情的不同，气候与土壤条件以及依据的技术规范要求的不同，多数液体固化剂无法在我国直接使用，它们均无法满足我国现有规范对水稳性的要求，并对土壤的稳定作用缓慢而复杂。
研究表明，要想使用液体类固化剂稳定土壤并达到我国规范的技术要求，需要同时加入一些无机结合料（如石灰或水泥等），如此使用，仍存在工程造价等问题，因此液体类固化剂的推广使用也与很多因素有关。
目前，虽然固化剂作为一种有品牌的商品被专门的企业生产制造，并被广泛应用于各个工程领域，但是这些产品均具有一定的地域适用性，并且鱼目混杂、使用无据可依，固化剂稳定土用于修筑路面基层更是缺乏有力依据，因而进行此方面研究是非常必要的。
为解决筑路面临的难题，2003年，吉林省交通科学研究所承担了交通部西部交通建设科技项目“固化剂稳定土路面基层应用研究”，开始了关于新型基层材料的科研攻关工作。
1.2国内外研究概况
1.2.1国外技术现状
国外使用固化剂筑路约有30年以上的历史，其中美国得克萨斯州交通厅从1988年起应用固化剂修筑公路，此后被美国的林业部门用于修筑林区公路。
欧洲建筑业最先提出固结剂的土力学理论；
日本由于地理因素限制，对土壤固化剂的研究投入很大；
德国、澳大利亚、南非等国也处在研究的前列。
大量资料表明，在全球范围内土壤固化剂的开发、应用正在成为道路建设新材料、新技术推广的发展趋势，尤其固化剂的品种不断增多，应用范围也逐步拓展，应用技术也将日趋完善。
1.2.1国内技术现状
由于国外在固化剂的研究方面历史悠久，有很多的成功经验和成型的产品，通过各种渠道进入我国的也很多。
为了确定名目繁多（据统计有名的就有40多种）的固化剂的使用效果，多年来国内对液体类固化剂进行研究应用的很多，如：
耐固酶388、帕尔玛固化酶、康耐、离子土壤固化剂、TOP－SEAL、南非的乳状固化剂等等。
但对这些固化剂的研究，大多不系统或存在局限性。
有的没有全面系统的室内试验，有的只修了些试验路，却没有系统的检测和合理的结论，所以限制了固化剂产品的推广应用。
通过调研和资料介绍，关于固化剂产品没有较好的应用于公路建设，且名声不好，分析总结有以下几个方面的原因：
（1）引进的国外固化剂产品最初多由商家推动，由于以盈利为目的，追求短期利益，存在夸大工效炒作；
（2）由于固化剂适用条件差别，如气候条件，土质类型，工艺水平等不同，导致固化剂效果明显不同；
（3）国内外道路建设依据的规范、规程和标准存在差别，所以评价参数不便于比较，并且国内外公路建设目前尚没有关于固化剂应用专门的设计施工技术规范或指南；
（4）引进的液体类固化剂，无论是工业副产品还是各种酶类，固化效果对土质的类型或矿物含量有严格要求，表现在若没复合外加一定比例的石灰、水泥等无机结合料基本上遇水散解，即表现水稳定性差；
（5）引进固化剂由于关税、市场运作等因素，价位较高，且为避免失败风险，多用于较低等级公路，直接经济效益不显著。
因此，明确固化剂的使用条件，总结固化剂在我国现有状况下的应用方法，应用较低比例的无机结合料复合改善、开发、研制的固化剂产品，价格适宜，对我国一些砂石缺少地区确实很有意义。
因为用细粒土代替砂石料铺路，实现就地取材，降低建设成本，是广大科技人员一直以来梦寐以求的。
本文针对固化剂稳定土路面基层技术展开了系统的讨论。
1.3主要内容
本文结合我国的基本国情，对各种固化剂进行了筛选和部分定性试验，最后确定了美国的EN-1固化剂进行系统的研究。
借鉴国外在使用固化剂筑路方面的成功经验，通过室内外试验测试不同配比的固化剂稳定土的水稳定性和抗压强度；
并且对优选的配比材料进行冻融循环试验、温度收缩试验、抗压回弹模量和劈裂强度试验等，另外还进行了一些非常规试验。
如对提高养生温度或对成型试件分级加压情况下的固化剂稳定土材料进行水稳定性试验、强度对比试验，得到了大量准确的试验数据，为固化剂稳定土路面基层的应用提供了依据。
主要研究内容与成果如下：
（1）固化剂稳定土路面基层材料的力学性能及抗冻性能研究
通过对不同种土壤、不同种添加剂、进行不同参配比例的大量强度对比试验，得到经济有效的固化剂掺配剂量；
并对固化剂稳定土配比材料，进行抗压回弹模量、间接抗弯拉强度、冻融循环、低温收缩和干缩等室内试验研究，共完成试验300余组，完成大小试件多达3000余个，得到了大量相关试验研究数据，为固化剂稳定土使用性能的定论提供了重要依据。
（2）固化剂稳定土固化机理的分析
通过对室内试验和试验路检测数据的分析，应用岩石学理论，对固化剂稳定土的固化机理进行了合理的分析。
此分析结果，可以很好地解释试验研究中的一些现象，同时也印证了研究结论的正确。
伴随着上述问题的解决，固化剂稳定土的应用将是公路建设中的一种新尝试，一个新亮点。
它不仅能够扩大了我们修路的取材范围，有效解决了砂石缺少地区修路难的问题。
而且会使修路变得更环保、更简单、更有效益。
第二章固化剂稳定土的抗压力学性能
室内试验是获得路用材料使用性能各项技术指标的一种较直观、方便的手段，室内试验结果可以反映出路用材料在道路使用中的某些使用性能。
抗压强度是基层材料的一种最基本最重要的力学性能，因此，对所研究的固化剂稳定土材料首先进行了抗压力学性质的试验研究。
2.1固化剂稳定土基层原材料的工程性质试验
在固化剂稳定土路面基层应用研究中，主要采用的原材料就是砂石缺少地区的细粒土、固化剂，还有少量的无机胶结材料石灰、水泥等。
2.1.1固化剂稳定土中的固化剂
在固化剂稳定土材料中，最重要的原材料就是固化剂，EN-1是美国产品，其为浓缩状液体，具有较强的酸性。
曾对其进行过一些研究，EN-1和一定量的无机结合料综合稳定土，使用效果较好，且使用非常方便。
通过详细的试验研究，可考查其使用性能，并使此类固化剂在路面基层中的应用规范化。
固化剂在使用中均要先将其进行加水稀释，配成一定浓度的固化剂溶液。
使用时按规定量再加入到规定用水量的水中，混合均匀后加入土中。
2.1.2有关土壤的物理性质试验
为了证明固化剂的使用性能，我们选用了吉林省内筑路中有代表性的几种常用土壤和试验路所用土壤进行试验，具体有：
①农安的粘性土；
②松原的粉质土和粘质土、碱土和细砂土；
③通榆的粉质土；
④长岭的粉土和粘土等。
对这些土质进行了有关物理指标的测试并进行工程分类，
2.2固化剂稳定土的无侧限抗压强度
无侧限抗压强度试验是考证一种材料力学性能的最基本指标。
应用固化剂稳定不同种土，参配不同种添加剂，在不同养生龄期，不同养生条件下进行了大量的室内试验研究，共做试验约300余组，成型大小试件3000余个。
从这大量的试验中筛选出优良配方，进行其它力学性质试验。
具体试验情况见如下示意图：
2.2.1标准击实试验
课题组对研究中所涉及的配方均进行了标准击实试验，其部分试验结果如表2.3。
从试验结果中可见，固化剂的加入，对材料的最佳含水量和最大干密度影响不大。
2.2.2混合料的试件成型与养生
在固化剂稳定土的研究过程中，考虑到固化剂只是对细粒土起作用，而且由于砂石缺少地区没有碎石，尽量不用碎石，所以试验时做了大量固化剂稳定细粒土的试件，试件尺寸为50mm×
50mm的圆柱体。
（1）试件成型
采用静压法，按照最大干密度的98%（或93%、95%等）计算试件原材料用量，在最佳含水量时进行试件成型。
（2）试件养生
按照现行规范与试验规程的要求，无机结合料应在恒温、恒湿的标准条件下进行养生，北方养生温度为20±
2℃、湿度为95%以上。
固化酶稳定材料不属于无机结合料，但是在没有具体的试验方法可遵循的情况下，只好依据现有的试验方法进行试验。
后经查阅资料，酶最适宜的温度是35℃～45℃，为了证明RDS－8固化酶对土壤的作用，用35℃～45℃的温度对试件进行保湿养生进行不同龄期的试验。
另外，为了加速反应进程，还对试件进行过高温养生，即60℃和80℃养生。
据美国有关资料介绍，RDS－8固化酶稳定土施工的最好条件是：
晴朗高温天气，压实度越高越好，RDS-8固化酶稳定土材料不怕重车，越压实强度增长越快。
为了模拟这种实际情况，还做了试件成型后不脱模，在模中每天压一次，每次加压10MPa，经过几个循环后再进行试件的强度试验。
表2.3部分标准击实试验结果
2.2.3固化剂稳定土材料水稳定性试验
根据现行的试验规程与规范的要求，试件在养生到龄期的前一天，要进行24小时饱水试验，以测定其水稳定性，然后再测定该龄期的无侧限抗压强度。
据介绍固化剂在美国等很多国家的应用中是不加其它结合料的，为了证明固化剂对土壤的作用，通过查资料及技术咨询，得知温度和压力对固化剂的稳定作用均有利，为此在研究中，对试件进行了高温养生和分级加压。
试验中发现，经高温养生和在试模中多次加压的纯土加固化酶的试件其水稳性均有所提高，有的试件甚至不散解，但其强度受到较大影响，仍不能满足规范要求。
下面是试验中实际情况的
从试验结果可见，同样加固化剂的试件，加压的比不加压的试件水稳定性要好的多，而加固化剂的与不加固化剂的试件比，同样高温养生后加固化酶的试件水稳性要好得多，说明温度和压力对固化酶在土壤中起作用是非常必要的条件，而压力的作用更明显些。
但试验结果还证明，固化酶稳定土完全不同于无机结合料材料，标准养生的条件下酶的作用非常缓慢，而单纯提高温度和简单的加压，虽然可看到些效果，但没有达到在自然环境中施工的条件，也无法考证其真正的使用效果。
2.2.4固化剂稳定土标准养生条件下无侧限抗压强度
固化剂稳定土的水稳定性问题是一个很重要而较难解决的问题，尽管路面被水浸泡的情况较少，但在固化剂稳定土强度还没有形成时（不加其它胶结材料时，其强度形成的过程还是相对较缓慢的），大量雨水的浸泡也会使其强度受到影响，从而降低其使用性能。
为此，课题组决定在固化酶稳定土中加入少量的石灰或水泥（1%、2%、3%，最多不超过4%）或一些化学试剂以提高其早期强度和水稳定性。
对于EN-1固化剂稳定土，虽然该种固化剂不是酶类，但其固化作用也较缓慢，如不加入石灰等结合料，水稳性也无法合格。
所以也做了EN-1固化剂稳定土加少量结合料后的强度试验。
2.3固化剂稳定土的抗压回弹模量
半刚性基层材料的抗压回弹模量是表征材料刚度特性的一种指标，也是路面厚度计算中重要的参数。
因此，对不同配合比的固化剂稳定土进行了室内抗压回弹模量试验，固化剂和水泥复合固结土龄期为90天，固化剂和石灰复合固结土龄期为180天，其试验结果见表2.5、图2-5、图2-6。
由表2.5的试验结果可见，EN-1固化剂在和石灰或水泥综合稳定粉质土或粘质土时，其抗压回弹模量较高，接近二灰碎石类的相关技术指标。
而其对碱性土的稳定作用相对较差；
对稳定土中加碎石粒料的几种配比其相应指标也较低；
2.4小结
通过大量的室内试验得到很多有价值的试验数据，通过整理与分析试验数据，得出下面一些重要结论：
（1）EN-1是液体有机类固化剂，虽不同于酶类，但在使用中也要加入石灰、水泥等结合料共同稳定细粒土，以保证稳定土材料的水稳性和早期强度。
结合料用量控制在4%～6%。
其综合稳定土的7天无侧限抗压强度一般≥1.0MPa～1.5MPa。
（2）EN-1是液体有机类固化剂，虽不同于酶类，但在使用中也要加入石灰、水泥等结合料共同稳定细粒土，以保证稳定土材料的水稳性和早期强度。
（3）固化剂稳定土中固化剂的用量并非越多越好，在既保证质量又保证经济性的情况下，固化剂的用量均有一最佳范围。
（4）试验证明，固化剂对土的作用不同于无机结合料，提高养生温度和加大成型时的压实密度都有利于固化剂稳定土强度的形成，但现有的试验方法还无法模拟路上施工时的实际情况。
固化剂的作用并没有充分地体现出来。
（5）EN-1石灰类固结粉土或粘土的回弹模量达到1000～1500MPa,是细粒灰土类半刚性基层材料的1.25～2.50倍,水泥类固结土的抗压回弹模量达到1300～1600MPa，是目前常用的细粒土半刚性基层材料中抗压回弹模量较高的一种新材料,接近半刚性基层材料二灰碎石、水泥砂砾的抗压回弹模量值。
试验证明固化剂和少量结合料综合稳定土具有较好的抗压力学性能，可作为路面基层材料使用。
第三章固化剂稳定土基层材料的抗弯拉和抗冻性能
随着经济的快速发展，重型车及交通量与日俱增。
为满足使用性能的要求，固化剂稳定土作为新型路面基层材料不仅要具有较高的抗压强度和良好的整体性，而且必须具有很高的抗弯拉能力。
另外，东北地区属季节性冰冻区，冬季气温低，持续时间长，所产生的各种冻害危及道路使用寿命。
为了有效减轻道路破损，要求路面基层材料还应具有良好的抗冻性能。
较高的抗弯拉能力和良好的抗冻性能可有效地提高基层材料的韧性和抗收缩能力，从而减少半刚性基层沥青路面在使用期内出现的开裂、车辙、沉陷、网裂等病害，达到延长道路使用寿命目的。
为此，课题组对固化剂稳定土路面基层材料进行了相关的试验研究工作。
3.1固化剂稳定土间接抗弯拉强度（劈裂）试验
对不同配合比的固化剂稳定土进行劈裂强度试验，得到该种材料的间接抗弯拉强度。
水泥类复合固结土养生龄期为90天，石灰类复合固结土养生龄期为180天，
3.2固化剂稳定土抗冻性试验
东北地区冬季最低气温约-38℃，春秋两季气温与冬季正负交替，对路面材料形成多次冻融循环。
所以要求路面基层在有很好的强度的同时，还要有一定的抗冻性。
公路的基层冻融破坏表现在建设期间，基层在秋季到来之前施工完毕，经过一个冬季的冻融作用，基层表面有一层混合料冻融松散。
而建成通车的公路则表现在运营过程中，一些潮湿路段，常出现翻浆和沉陷，经过对这些病害位置的钻孔取样发现基层材料都已松散不成板体。
以上这些都和基层材料的抗冻性有关。
所以基层材料的抗冻性是其使用性能的又一重要指标。
冻融试验是将混合料试件浸水24小时后，放在-20℃±
2℃的环境中冻24小时，取出后再放到20℃±
2℃、相对湿度95%以上养生室中融化24小时，此为一个冻融循环。
通过冻融循环后，测试件的质量损失和强度损失，并计算耐冻指数以评价固化剂稳定土材料的抗冻性能。
试验结果说明，冻融破坏对固化剂稳定土的影响较大，使用中要加以注意。
3.3固化剂稳定土的抗弯拉性能和抗冻性能
通过劈裂和冻融循环试验，得到关于固化剂稳定土的如下结论：
（1）试验证明，本项目中所研究的固化剂稳定土材料具有较高的间接抗弯拉强度，说明它们均具有较好的抗弯拉能力。
与常规材料比，好于无机结合料稳定细粒土材料，与二灰或水泥稳定粒料相当，甚至好于它们。
这是因为，固化剂的加入减少了无机结合料的使用，提高了固化剂稳定材料的压实密度，使固化剂稳定土基层材料的土颗粒间即有结合料的粘接，又有增强的分子间作用力。
在达到相应的抗压强度的同时，提高了材料的韧性，所以得到较高的劈裂强度。
（2）冻融循环试验证明，EN-1固化剂稳定土材料的抗冻融能力不是很强，冻融强度损失较大。
因此在使用时应选择较干燥地区，或做防水处理，以避免聚冰现象的发生。
第四章固化剂稳定土的抗收缩性能
固化剂稳定土路面基层材料的收缩性能是其本身固有的属性。
其收缩可分为温度收缩和干燥收缩两种。
基层的开裂与基层材料的收缩性能好坏有直接的关系，其抗收缩能力的好坏，将直接影响其使用性能。
材料的收缩与混合料的配合比、集料的级配、单质材料的品质、工作环境和状态（如湿热环境、疲劳、冲击等）、成型工艺等多种因素有关，因此课题组对固化剂稳定土材料进行了低温收缩和干缩试验。
4.1固化剂稳定土低温收缩试验
温度收缩试验主要是对不同配合比的固化剂稳定土基层材料在各级负温度作用下的收缩状态进行测试，以评价不同配合比的固化剂稳定土基层材料的低温抗收缩能力，表4.1为常用半刚性基层材料的温度收缩试验结果，在此列出以示比较。
表4.1常用的几种半刚性基层材料的温度收缩试验结果
混合料
名称
材料
配合比
龄期
（天）
温度收缩系数（×
10-6）
0oC
-5oC
-10oC
-15oC
-20oC
水泥稳定砂砾
5:
95
90
9.54
10.36
10.99
11.37
11.61
二灰碎石
8:
32:
60
7.00
7.94
8.53
8.52
9.00
10:
40:
50
14.88
14.59
14.47
16.01
16.12
15:
80
11.60
12.51
10.49
14.16
14.60
石灰土
92
41.75
51.20
63.83
64.00
60.15
54.00
62.19
二灰土
45:
47
6.94
40.62
53.33
48.88
45.00
35:
55
8.89
40.00
44.50
41.80
40.95
45
4.16
5.62
23.33
34.02
35.71
12:
53
9.16
18.66
29.44
32.26
注：
本表引自《抗冻少裂半刚性基层材料与结构组合的研究》（吉林省交通科学研究所，1996年）
图4-1EN-1固化剂稳定混合土低温收缩系数
根据表4.1绘制EN-1固化剂稳定混合土的低温收缩系数图，见图4-1。
从温度收缩试验结果可见，固化剂稳定土的收缩系数，在配合比相同时，固化剂和石灰综合土的收缩系数，要小于固化剂和水泥综合稳定土的收缩系数；
在固化剂稳定土的配比相同，胶结料也相同时，稳定粉质土的收缩系数要小于稳定粘质土的收缩系数。
通过与常规基层材料的比较，可见固化剂稳定土材料的低温收缩性能均好于常规半刚性基层细粒料类的稳定土材料。
其收缩系数稍高于水泥稳定砂砾和二灰碎石。
4.2固化剂稳定土的干缩试验
半刚性材料的干燥收缩是由于其内部含水量的变化引起整体宏观体积收缩的现象。
干燥收缩与材料的类型、物理化学性质、矿物成分、配比、材料的强度、含水量以及环境条件密切相关。
为了探讨固化剂稳定土材料的干燥收缩性能，课题组对几种不同配合比的石灰类、水泥类复合固结土进行了干缩试验，主要研究固化剂稳定土路面基层材料在强度形成过程中随含水量的变化而出现的收缩性能。
其试验结果见表4.2。
图4-2～图4-3为稳定土线缩率随含水量的变化曲线图，可看出稳定土线缩率在最佳含水量至某个含水量之间急剧增大，（但要比对比样水泥土的线缩率平缓得多）然后趋于平缓，最终保持恒定，即干缩过程完成。
要针对稳定土线缩率变化曲线制定合理养生措施，从而减少干缩裂缝的产生。
4.3固化剂稳定土材料的抗收缩性能
通过对固化剂稳定土材料的低温收缩试验和干缩试验，得到如下结论：
EN-1与石灰或水泥综合稳定的固结土混合料在低温（0℃以下）状态下，以收缩为主，其低温温度收缩系数与水泥稳定砂砾、二灰碎石、石灰土、二灰土的低温温度收缩系数的数量级是一致的，而固化剂稳定土混合料温度收缩系数的绝对值比石灰土、二灰土小得多，比水泥稳定砂砾、二灰碎石略高。
固化剂稳定土材料是和石灰土、二灰土材料粒径相近的细粒土材料，较小的收缩系数是因为固化剂的加入使稳定土材料的密实度提高，且固化剂分子填充到材料的空隙中，减少了由于温度降低而产生收缩的空间。
因此，EN-1固化剂与石灰或水泥的综合稳定土具有较好的低温抗收缩性能，即具有较好的抗冻裂性能。
第六章固化剂稳定土适宜条件的研究及效益分析
固化剂稳定土的研究在我国已有多年的历史，在多年的研究中所接触的固化剂就有十多种，固化剂的种类繁多，性能特点各不相同。
因此，固化剂的应用并非有统一的方式方法，不同的固化剂都有其各自的使用方法和适宜条件，通过大量的室内试验对所研究的固化剂的适宜条件进行了分析总结，并对固化剂稳定土路面基层的应用进行了合理的效益分析和评价，现将成果介绍如下。
6.1固化剂稳定土适宜条件的研究
1、固化剂不可单独使用稳定土壤，其稳定土路面基层均不符合我国现有技术规范的技术要求。
凡溶于水的液体类固化剂稳定纯土，其室内试验的水稳定性均不合格。
若将此类固化剂应用于路面基层，必须同时加入无机结合料共同稳定土做路面基层，方可满足我国现有规范的技术要求。
2、固化剂稳定土中无机结合料的加入，有一最佳用量，此时即经济，使用效果又好。
无机结合料的加入，较多时即增加造价又没有实际应用意义，那么少到多少？
即经济又能保证施工质量，还要获得好的使用效果。
考虑多方因素，设计多种方案。
通过大量的室内对比试验，试验路的实际应用考证，最后得到固化剂稳定土中胶结料的最佳用量：
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