渗透型高聚物固化粉土的力学特性试验研究

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粉土主要分布在我国黄河流域以及淮河、海河中下游,由于其特殊的性质,在道路工程建设中属于不良土质,对粉土的加固改良成为了专家学者以及工程技术人员研究的重点之一。随着科学技术的发展,越来越多的土壤固化剂被应用于不良土质的固化处理,按照其的作用机理,可以分为无机类固化剂、有机类固化剂、离子类固化剂和生物酶类固化剂,形成了种类繁多,应用范围覆盖各种土质的土壤固化剂族群。随着材料科学的发展,聚氨酯类高分子聚合物(以下简称高聚物)也逐渐被应用于土壤的加固处理,并表现出良好的效果。本文以郑州黄河粉土为研究主体,使用高聚物对粉土进行固化处理,通过无侧限抗压试验、变水头渗透试验,研究高聚物掺入比、粉土含水率、养护龄期对高聚物固化粉土的强度、渗透性的影响规律;同时基于无侧限抗压试验和渗透试验,设置浸水的养护环境,探究养护期水侵蚀作用对固化土强度和渗透性的影响规律。结合扫描电镜测试(SEM)、能谱测试(EDS)、X射线衍射测试(XRD)以及压汞试验(MIP)等现代测试分析手段,对高聚物固化前后粉土的微观形貌、矿物组成以及孔隙特征进行分析,探究高聚物对粉土性能的改良机制。最后使用Plaxis 3D软件建立二维道路模型,分析路基应力分布、路面沉降量以及空隙水压力的变化情况,探究高聚物固化后的粉土作为路基土的工程使用性能。主要结论如下:(1)高聚物对粉土具有良好的固化效果,高聚物掺入比越高(5%~15%)、粉土含水率越低(8%~15%)、养护龄期越长(1d~28d)的固化土强度越高,抗渗性越强;(2)养护期水的侵蚀作用将削弱高聚物固化土的强度和抗渗性,浸水养护条件下强度变化规律与标准养护环境下的固化土相同,而渗透系数的变化规律与标准养护的固化土略有不同;浸水养护环境下的固化土强度损失率均小于40%;(3)微观试验表明,高聚物能够有效附着在粉土表面,并填充于粉土颗粒之间,主要通过“包裹”、“填充”、“桥接”作用,减小粉土的孔隙比,提高粉土的密实度,从而提升粉土的强度和抗渗性能,但在此过程中没有形成新的化合物;(4)数值分析结果表明高聚物固化粉土作为路基土,有良好的使用性能,与7%水泥土路基相比,其路面沉降量更小;养护期的浸水环境虽然会增大路面的沉降量,但这种影响极小;在使用期受地下水浸泡的情况下,高聚物的掺入会延长路基饱和时间。
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