ISS土壤固化剂在道路基层中的应用.pdf

ISS土壤固化剂在道路基层中的应用徐希娟1，2周新锋2摘要：半刚性基层易于产生干缩和温缩裂缝，影响基层质量，给道路的使用品质带来较大的损害，为了提高基层的抗裂性能和水稳性能，研究了ISS土壤固化剂在道路基层中的应用。首先，从化学结构方面分析了固化剂的亲水和疏水二重性，提出了ISS土壤固化剂的固化原理。其次，通过分析土壤的性能，设计具有针对性的固化剂品种和掺量，根据水稳性的效果，设计不同的稳定剂类型及含量，进行了ISS固化土无侧限抗压强度、劈裂强度和水稳性等路用性能试验；最后，结合工程对ISS固化土进行了经济和社会效益分析。结果表明，与二灰稳定碎石相比，ISS固化土具有优良的抗裂性能和水稳性，其它各项路用性能均满足基层技术要求，可以作为道路基层使用；与二灰稳定碎石相比在工程造价上有明显降低，节约了投资；ISS土壤固化剂为一种环保材料，在使用过程中减少了石灰、碎石等原材料的使用，为环境保护起到巨大作用。关键词：道路工程；ISS；固化机理；抗裂性能；水稳性0概述路面基层是路面的主要承重层，基层的质量直接影响路面的使用性能和使用寿命。长期以来，使用最多的基层材料为水泥、石灰、二灰类稳定材料半刚性基层，但是，由于以上材料水稳性差、收缩性大等特点，使得路面基层的质量和长期耐久性能无法得到保证，因此寻求路用性能更好的基层材料，解决基层的水稳性能、抗收缩开裂性能、抗冻性能等问题，是十分迫切和必要的。ISS(ISS-IonicSoilStabilizer)固化剂是由石油裂解产物加以磺化后所得到的一种化学剂。系腐蚀性强酸，对已死机体有较强腐蚀作用，但对活有机体则只有轻度作用。ISS固化剂常态下为黑色液体，略粘于水，易溶于水，溶于水后迅速离子化而使溶液呈高导电性。通过不断的优化完善，ISS土壤固化剂作为一种新型胶结材料应用于公路路基及路面基层中，取代水泥、石灰等胶凝材料，它比水泥、石灰性能更加优越。应用ISS土壤固化技术可就地取材,确保工程质量、加快工期、降低工程造价。1固化原理ISS土壤固化剂是一种电气化学的土壤稳固剂，与一般的化学稳固剂不同，它含有活性成分磺化油(SulphonatedOil)（一种水溶性药剂，溶解于水之后成为离子交换中介物）。磺化油是一种阴离子型表面活性剂(SurfaceActivereagent)，在结构上它具有独特的二重性，由一种名为磺酸的有机化合物的“亲水头(HydroPhylicHead)”及一个由碳和氢原子组成的“疏水尾”(HydrophobicTail)所构成(图1)。OSOΘH⊕O疏水尾亲水头图1磺化油分子示意图1、长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安710064，[e-mail]；2、西安公路研究所，陕西西安710054，[e-mail]亲水头可完全溶解于水或与水相混溶，但不溶于大部分的有机溶剂中。当磺化油分散于水中时，亲水头这部分分子将产生离解作用从而产生一个SO32-离子，它通过硫原子联结到分子尾部的疏水尾上。这个疏水尾是由碳和氢原子组成的集合体，完全不溶于水，却具有亲液的特性，可混溶于油及无极性溶剂中。由于ISS的这种独特的分子结构及二重性，加入土中能电解出带正电荷和带负电荷的有机离子，能活化土壤中的多价离子如Al3+、Ca2+离子，使之与土壤表面的一价阳离子如Na+、K+离子等发生交换，破坏土壤表面双电层，减弱水分的亲和力，抑制土壤的湿胀干缩，从而达到稳定土壤的作用。2原材料性质2.1ISS土壤固化剂本次研究采用西安雅力新材料科技开发有限公司提供的ISS土壤固化剂。略粘于水，易溶于水，容重γISS=1.25，pH值约1.25。2.2土采用西安高新区试验路的土壤，根据《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）对土样进行了室内试验，试验结果见表1。表１土样的试验结果技术指标单位试验结果颗2¬0.074％0.5粒0.074¬0.005％68.6百0.005¬0.002％15.6分＜0.002％15.3比比重Ｇsg/cm32.71液限（％）35.7塑限（％）19.5塑性指数（％）16.2土壤分类——粘性土2.3石灰采用陕西富平生产的消石灰，经检验石灰等级为3级。2.4水本次室内试验研究采用的是自来水,在施工中人或牲畜饮用水即pH值>5的水源均可使用。3ISS土壤固化剂稳定土路用性能研究3.1ISS土壤固化剂稳定土最佳配合比设计为了提高固化土的早期强度以及稳定的效果，在固化土中添加少剂量的水硬性胶结材料。通过对胶结材料性能的广泛了解分析，初步确定采用目前路面上经常使用的石灰作为稳定剂，对ISS固化土进行进一步稳定，同时提高其早期强度。对以上材料变化添加剂量，利用室内击实试验和7d无侧限饱水抗压强度的试验结果，确定合适的稳定材料及其添加剂量。按照交通部行业标准