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土壤固化剂

土壤固化剂

土壤固化剂是一种高科技新型环保筑路材料,直接作用于土,将土壤就地固化,形成复合稳定土基层。
复合稳定土路面基层是以新型工程材料土壤固化剂和无机结合料(水泥、石灰)与土稳定形成的半刚性材料。同常用的无机结合稳定材料相比,复合稳定土能够实现就地取材,具有施工方便、工期短、成本低廉和路用技术指标优良等特点。

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一、产品介绍
土壤固化剂是一种高科技新型环保筑路材料,直接作用于土,将土壤就地固化,形成复合稳定土基层。
复合稳定土路面基层是以新型工程材料土壤固化剂和无机结合料(水泥、石灰)与土稳定形成的半刚性材料。同常用的无机结合稳定材料相比,复合稳定土能够实现就地取材,具有施工方便、工期短、成本低廉和路用技术指标优良等特点。在一定范围内,可以替代常用的沙砾、碎石、减少石灰等无机结合材料的用量,从而降低工程造价,节约资源,节省能源,有利于生态环境保护。本技术使用于新建、改建公路工程复合稳定土底基层、基层以及不同用途的路面建设、墙体建设和修复,在市政、交通、水利、基础处理等工程具有广泛的应用前景。
二、理化性质
    形      态:液体或粉末                溶 解 性:易溶于水          
    类      型:复合离子型                安 全 性:生态环保                 
三、作用机理 
复合稳定土工作原理是使得土壤胶团表面电流降能,将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来,土壤固化剂与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质,颗粒趋于凝聚,电解质浓度增强,体积膨胀而进一步填充土壤孔隙,在压实作用下从而形成整体结构,使固化土易于压实和稳定,达到常规所不能达到的压密度,提高其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能,以此满足路用技术指标要求。                     
四、适应性和使用范围
土壤固化剂可以适用于多种土质,如粘土,粉土,沙土等。针对不同土质,通过对土壤固化剂进行配方调整,制定不同的固化方案。
1. 修筑路基
高速公路的底基层硬化,一级路及以下各等级路的基层和底基层硬化。简易道路或临时性道路的基层和面层硬化。
2. 场地硬化
停车场、堆料场、堆货场、钻探井场、生产加工场等场地的硬化处理。
3. 夯土墙,抹泥墙
蔬菜、花卉、养殖大棚;古建筑城墙;民居土墙等。
4. 制免烧砖
将粘土与土壤固化剂充分混合后,再辅以其它水硬性材料,通过压砖机直接压制。
五、施工方案
5.1 基本要求
① 胶凝材料:水泥或石灰。水泥宜用普通硅酸盐水泥,水泥标号不得低于325号,要求初凝期为4小时以上,终凝期为6小时左右。石灰使用生石灰或熟石灰。
② 水质要求:水采用无污染水。
③ 施工厚度:每层压实厚度 15-20cm为宜,根据施工要求可以压实一层或者两层。
④ 胶凝材料加量:胶凝材料的掺量一般占总土量的3%-6%。
⑤ 土壤固化剂用量:按照压实后的土方计算,每立方添加0.3-0.5公斤。按照重量法计算,占总固相重量的0.01-0.03%(万分之一到万分之三)。具体根据施工要求和工艺确定。
⑥ 水分测定:采用土壤水分测定仪或传统简易测定方法(土放到手中握紧,土团成型,不散开;离地一米,松开手,让土自由落体,土团均匀散开,说明含水率在15%左右)来确定。
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⑦ 材料用量
举例说明:待硬化土方按照A平方计算,厚度20cm,压实后共0.2A立方,压实后密度按2吨/立方计算,总土量0.4A吨。
* 胶凝材料(水泥)用量=总土量*5%=0.4A*5%=0.02A吨;
* 土壤固化剂用量=总土方*土壤固化剂使用量=0.2A立方*0.5公斤/立方=0.1A公斤;
* 稀释固化剂用水量
=(最佳含水率*总固相量)—(土壤初始含水率*总土量)—(水泥初始含水率*水泥量)
=17%*(土量+水泥)—12%*土量—2%*水泥量
=【17%*(0.4A+0.02A)—12%*0.4A—2%*0.02A】(吨).
备注:公式中土壤初始含水率按照12%计算,最佳含水率按照17%计算,水泥含水率根据2%计算,具体施工以实际含水率为准。
5.2  施工工具
施工机械使用传统筑路机械即可,具体根据实际情况确定数量和选用:
① 光轮压路机(18t以上压路机)2台(振动压路机、静压压路机各一台);
② 挖掘机4台、铲车2台;
③ 平地机1台,推土机1台;
④ 稳定土拌和机(80—90马力以上的拌和机械)1台;
⑤ 压力洒水汽车1台。
5.3 施工流程
5.3.1 施工工艺简介
① 预处理
确定试验路段的长,宽和松铺厚度——若施工路段种过植被,请去掉上层20-30cm左右的表土——若土中含水率过高或者土质较黏,需要先进行晒土或者预处理进行改良,到自然含水率12%左右。
②  路基压实
把要施工路段的土使用推土机推到路两边——压实路基3-5遍,边压实边人工找平——将挖出的土回填——将土破碎碎——整平。
② 土壤固化剂稀释喷洒,闷料
测定含水率,确定土壤固化剂用量和固化剂的稀释倍数——稀释土壤固化剂——喷洒土壤固化剂(先喷45%,和土搅拌充分均匀;再先喷45%,与土搅拌充分均匀,)——喷一遍固化剂,拌匀一次,直到完全拌合均匀为止——闷料4-12个小时;
③ 摊布水泥
计算水泥用量(总土量的5%左右)——均匀摊布水泥,充分搅拌均匀——测定含水率(确定是否需要补水);
④ 压实,养护
可以先用履带机压实,然后18-22吨压路机进行压实3-5遍,先静压一遍,再对固化土层进行压实作业。具体碾压时,应本着“先轻后重,先慢后快,先两边后中间,先静压后振动”的原则——压实后,喷洒剩余10%稀释的土壤固化剂——覆盖薄膜或者定期洒水保持路面湿润不积水——覆盖薄面,养护至少7天。
⑤ 第二层施工
若分两层进行施工,第一层施工结束,覆土或者薄膜养护,接着按照第一层施工方法进行第二层施工。
⑥  注意事项
分段施工,水泥终凝期为6小时左右,从开始摊布水泥到压实需在6个小时施工完毕。
5.3.2具体施工工艺如下(图片为其他路段施工图片,仅作参考)
(1)施工路段测量确定
 用全站仪或相应测量仪器按坐标法测量,并根据路基设计宽度,放出路基边线,为保证路基有效压实度和边坡的稳定,在放路基边线时应使两侧边线各宽出20cm—40cm为宜。然后测量技术员精确放出水准测量线,确定纵横断面的标高,并按设计高程在侧钎上作好标记,在进行水准高程控制时应考虑到松铺系数。
(2)备土整平

    根据施工阶段所需的土方量进行松土,按测定的高度和宽度进行大致整平,整平方法一般采用人工配合推土机。有大颗粒的土,提前过筛处理备用。

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(3)土质预处理(此步骤根据土质而定,一般土质不需要进行预处理)

对于高粘性土质,土壤见水后容易抱团结块,通过加入一定比例的石灰进行土质预处理。将石灰按照配合比例均匀地摊布在划分的方格内,表面应没有空白的位置。平面力求平整。摊料过程中,应将超尺寸颗粒及其他杂物捡除。干拌一般采用大马力拖拉机带工程用旋耕机(以下简称旋耕机)进行拌合一遍(也可用路拌机拌合);小面积的可以人工拌合。

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(4)喷洒固化剂、湿拌
取有代表性的点测试含水率,精确计算作业段所需的补水总量。将固化剂按照事先算好的比例稀释好。分两次进行喷洒土壤固化剂,首次先喷洒45%,用机械拌合不得少于两遍,再喷洒45%拌合两遍,达到拌合颜色一致为止,其余10%的水应在碾压成型后喷洒封层。
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(5)摊布水泥,拌合
     将水泥按照配合比例均匀地摊布在划分的方格内,表面应没有空白的位置。平面力求平整。摊料过程中,应将超尺寸颗粒及其他杂物捡除。干拌一般采用旋耕机进行拌合一遍(也可用路拌机拌合);小面积的可以人工拌合。
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(6)固化土初压、整平、碾压
    混合料拌合均匀后,要立即用推土机初步排压,再用平地机进行整平。整平过程中,对于局部低洼处,应用新拌的混合料进行找补整平,整平时切忌在光滑的平面上进行薄层找补。
整型后,在最佳含水量时压实,要根据路宽、压路机轮距的不同,制定相应的碾压方案。通常采用18T-22T振动压路机,先静压一遍再对固化土层进行压实作业。对于不方便上压路机的区域,可以采用冲击夯,逐层夯实,一层以10cm厚度为宜。
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(7)第二层施工
    第一层固化完成后,覆土或者覆盖薄膜养护,根据施工要求进行第二层施工。
(8)养生及交通管制
    固化土层每一段碾压完成,喷洒最后10%稀释好的固化剂,经压实度检查合格后应立即中断交通,开始覆盖养生,路面保持湿润,养生时间至少7天。
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5.4 固化土施工效果
(1)路面抗压强度明显提升,路面的硬化强度在28天内上升速度最快,随着时间的增长,路面强度还将继续增长。
(2)不怕积水,也就意味着不怕下雨天,重型车辆依然可以照常行驶。不再影响正常的作业施工,减少不必要的损失。
(3)扬尘得到控制,车辆行驶限速可以提高。
(4)当大车压出局部硬伤后,使用混合土再行修补即可,非常方便。修补时将损失路面挖出方形坑,深度为压实深度的三分之二,使用混合土修补即可。修补完可用几吨的压路机或车辆压实。
六、产品优点
固化后,综合性提高道路整体性能、大幅降低筑路成本、同时符合环保要求与产业发展趋势。
6.1  提高道路性能
提高抗压强度:土壤固化剂可提高土壤的密实度和柔韧性。经压实、养护后,不但能就地把土壤处理成坚实的路基,同时还可添加其它无机废渣材料以提升协同效应,不但能提高抗压强度,同时还能增强其它无机废弃物的经济转化。
提高水稳定性:加入土壤固化剂固化后,土壤密实度增加,毛细管逐步封闭、堵塞。其土壤的亲水能力大大降低,憎水性大大提高。土壤颗粒间架桥、晶体生长连接,对土壤表面进行了永久性固化,物化性能完全转变,其相应的水稳定性大幅提升。在赤道地区经历过旱雨季的已建成的路基实践表明,路基经反复的长期浸水、干旱等轮回后依然保持较高的强度,充分说明了其优秀的抗水能力。
提高冻稳定性:提高抗冻性的根本在于提高其水稳定性和吸水性,由于本固化土吸水率很低、水稳定性很好,其水在其中结冰后对其造成的影响就非常的小。故抗冻融性就非常优秀。固化土在低温(0℃以下)状态下,温缩系数的绝对值比常规用的石灰土、二灰土等也小得多。
提高道路综合质量:经室内大量实验及长期的施工经验验证,固化土其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR(载重比)、剪切强度等都达到并超过了路基材料的验收标准,从而大幅提高了道路的综合质量,延长了其使用年限。
6.2  降低筑路成本
就地取材、综合利用,使用现场的所有土壤、无机材料填充等都可以,也可以对传统工业废渣进行综合再利用等。取代了传统路面基层材料,大大降低了筑路成本,与传统的路面基层相比同比降低成本20%-50%。
七、效益分析
7.1  经济效益分析
就地取材:在路基上直接就地取土施工,不必再使用运输车远距离运输沙、石、水等材料,替代了传统筑路材料,节约材料费、大量的运输费用和人工费,与传统筑路材料和工艺相比,可降低成本30-40%左右。大幅降低了对设备和车辆的使用率,光在设备投入方面即节省大量投资,而且使用原有筑路工具不必再添新设备,尤其适用于运输费用高、车辆费用高的地区,如考虑征地挖土运输等费用则整体费用降低巨大。
用量极低:液体固化剂使用量为万分之几,如此低的添加量即可达到非常好的道路抗压、抗水、抗冻效果,效益非常明显。根据等级要求及道路土质情况决定确定胶结材料添加种类,配合合适的胶结材料使用后其强度可大幅增加。
水稳定性好:解决了透水问题,路基高度可整体降低,可节省大量的人工、工期、土方、沙石、水泥、石灰和其他材料。以后的周边公路甚至整区公路可跟着降低高度,此间接经济效益难以估量。加入固化剂后道路有很好的防水性,不易因雨季造成道路破坏,延长道路的使用时间,减少维护时间。
7.2 环境效益
土壤固化剂使用后与土壤和胶凝材料发生有机无机反应,不会对土壤造成污染和毒害;道路弃用后可以进行还田复耕,可有效解决传统筑路材料开采带来的环境污染和道路弃用后废弃物处理问题。
7.3 总体效益分析
从以上总体情况来看,使用固化剂对现有道路进行改造,可以收到非常好的社会效益、经济效益,其关联效益也是十分巨大的。

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