1、吉林建筑大学材料科学与工程学院 吉林长春 130000；2、中国建筑第八工程局华北分公司 天津 300000
摘要：本文选择Ca（OH）2和Na2CO3作为碱激发剂，调整其掺量，通过掺入GGBS（粒化高炉矿渣微粉）制备出GGBS+Ca（OH）2+ Na2CO3具有协同作用的路基加固材料。结果表明：GGBS、氢氧化钙和碳酸钠三变量加固黄黏土最佳配比分别为 11%、5.2% 和 4.1%，在最佳配合比下 7d的抗压强度达到1.9MPa，符合国家对路基建设的标准。
关键词：路基加固；胶凝材料；GGBS：无侧限抗压强度：氢氧化钙：碳酸钠
引言
我国道路路基所使用的传统材料会对环境带来很大危害，一方面会产生噪声、废弃、粉尘等一系列污染，大大影响人们的生活质量，严重破坏生态平衡，另一方面这种传统材料在经济上也存在一些问题，往往会因为材料的处理不当而产生一些不必要的经济费用。
我国近十多年来，对道路路基的施工和设计有了更深入的研究，普遍利用填土预压、等载预压、超载预压等处理方法对道路基层进行加固作用，同时也取得了很好的加固效果，对于国外道路基层的建设，主要是使用土工织物、深层拌合、注入化学药剂等方法进行道路基层加固，国外对于路基的研究建设很少从路基材料入手，而对于国内道路基层的建设，很多科研人员从道路基层的材料进行分析，通过碱激发的原理对道路基层进行加固，例如王丹等人以碱激发工业废料粉煤灰作为胶凝材料，制备一种资源再生、环保节能的高强度路基轻质土[1]，最终从抗压强度角度分析，对道路基层实现了加固效果，还有孙本状等人选择CaO和纯碱作为激发剂掺入粒化高炉矿渣（GGBS）微粉制备矿渣+CaO+纯碱固化湖积软土[2]。他们都是利用碱激发原理对道路基层进行加固作用，通过无侧限抗压强度进行分析，最终得到对道路基层土加固的最佳配比，但是目前尚无使用利用纯碱和氢氧化钙作为复合外加剂固化路基基层土壤的的研究。
本文主要是针对已选取的长春地区道路路面地基层的软土物理性质作了分析研究，通过利用纯碱和氢氧化钙作为复合外加剂加入到土壤当中，同时添加部分GGBS制成胶砂试块，通过无侧限抗压强度作为技术参数，探究出路基加固胶凝材料的最佳配合比。
1试验
1.1原材料
1.1.1黄黏土
本次试验所使用的黄黏土取自长春市政道路地基软土，其物理指标如下表1所示：
表1 黄黏土的物理指标
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目前研究发现，我国软土粘土矿物都以伊利石为主，沿海地区软土大多含有蒙脱石，且多以伊利石—蒙脱石混层的形式存在[3]。对于我们非沿海地区的黄粘土物理指标大致相同，差异幅度不大，所以我们取长春地区道路基层的黄黏土作为研究对象.
1.1.2主要外加剂
粒化高炉矿渣（GGBS），本次实验选取S95级矿渣，具体成分见见下表2所示：
表2 GGBS的主要化学成分
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1.1.3外添加剂
（1）氢氧化钙
本次实验氢氧化钙原料来源于天津市登峰化学试剂厂的分析纯药品，氢氧化钙的含量达到95%。其主要性质见下表3。
表3 氢氧化钙主要性质
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（2）碳酸钠
本次实验氢氧化钙原料来源于.天津市登峰化学试剂厂的分析纯药品，碳酸钠的含量不小于99.8%，其主要性质见下表4。
表4 碳酸钠主要性质
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1.2实验
1.2.1实验过程
黄黏土试样取回到实验室后，立即进行测量，进行土工试验，不能够停放时间过长，测定含水率、密度、等相关指标，防止黏土中的水分挥发对试验的准确性带来不利的影响，可以尽量制造贴近路基层黄黏土的实际情况。完成上述试验后，进行下列操作：
（1）取适量黏土进行烘干箱烘烤，用110℃左右进行烘干，直到质量恒定不变
（2）利用球磨机将黄黏土磨成粉状
（3）接着将粉状土通过摆式筛析机的2mm筛子，去除部分大的黄黏土颗粒
（4）称量1400g的干土和不同含量配比的外掺加剂倒入搅拌桶内，然后用净浆搅拌机混合搅拌均匀
（5）搅拌过后将混合料装入40mm×40mm×160mm的试模当中，然后用外力进行压实，保证试块的密实性，同时使用振动台进行震荡120次，最后取出模具
（6）最后将试块进行标准养护，测量7d和28d抗压强度
（7）养护方法：将制作的试块在标准室温环境下养护 24h 后脱模，脱模后立即检查外观，检查合格后的试样用塑料袋包装起来，标记好各自的配合比以及日期等达到一定天数后，进行下一步试验。
（8）具体实验方案配方表如下表5所示
表5
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2结果与讨论
2.1碱矿渣胶凝材料作用机理讨论
土壤具有含水率大、孔隙比值大、压缩的性能高、承受力低的特点。想要在这种土基层上进行施工作业，就一定要采取高效的加固措施。根据多次的实地勘察，在黄黏软土地基上修筑道路，道路的强度常受到这种黄黏土成分含量的控制。对黏土进行施工不当时，将会产生道路挤出裂痕，产生凹陷等现象。同时黄黏土受到外力振动时，极其容易破坏其内部的海绵网状结构，使黏土由于震动而产生液化失去强度，导致道路大面积失效。
氢氧化钙可以用于降低土壤的酸性，从而起到改良土壤结构的作用。对本实验黄黏土的加固效果起到了很好的作用，而碳酸钠有很好的加固黄黏土机制，在进行碱激发反应的同时，作用于纯碱中碳酸根离子会破坏，GGBS的中的网状结构能够促进矿渣水化，水化的产物与碳酸钠能够继续反应生成Na2SiO3，俗称也叫做水玻璃，呈纤维状的晶体，然后还会由于吸收了水而膨胀，能够增大体积来固结黏土颗粒。
2.2无侧限抗压强度
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从表中可以看出，随着矿渣掺量的增加，胶砂试块的无侧限抗压强度在11%时出现峰值，因为随着矿渣掺量的增加，纯碱和氢氧化钙分解产生碱性环境，破坏了矿渣的结构，生成C—S—H增多，可以对黄粘土起到更好的胶结作用，使得路基结构的致密性增加，表现为道路基层的抗压强度增加。
我们还可以得知，在矿渣掺量为11%以后，会出现强度降低的现象，主要是因为矿渣过多，体系中的外加剂不足以与GGBS充分反应，使得多余的矿渣作为惰性填料胶砂试块中，成为列文扩展的源头，使得五侧限抗压强度降低。
通过方案可知，虽然a组和b组的碳酸钠和纯碱掺量要高于c组和d组，但是无侧限抗压强度确低于c组和d组，因为氢氧化钙和纯碱反应生成的碳酸钙过多，造成体系结构不稳定。
综上所述，取c组碳酸钠和氢氧化钙的掺量作为外加剂的最佳配合比，11%的矿渣掺量为最佳掺量。
3结论
（1）GGBS矿渣的多少对道路基层强度影响最大，矿渣含量在配合比的11%左右为影响强度最大值，且其影响程度达到固定值就不再继续上升。
（2）对于氢氧化钙和碳酸钠，情况有所不同。标准养护7天后，各因素对道路基层强度的线性影响和膨胀效应均显著，氢氧化钙与纯碳酸钠首先进行交互化学反应，然后生成的碱会对矿渣进行碱激发反应来加固道路路基强度。
（3）经试验研究证明，GGBS矿渣、氢氧化钙和碳酸钠三变量加固黄黏土最佳配比分别为 11%、5.2% 和 4.1%，在最佳配合比下 7d的抗压强度达到1.9MPa，符合国家对路基建设的标准，28d的养护强度预测能够达到4—5MPa，这一研究成果为道路基层建设提供了理论支持。
参考文献：
[1]王丹，储昭胜，罗枫，等. 碱激发高强泡沫轻质土的制备研究[J]. 建材世界2020，41（5）：10-14.
[2]孙本状. 合肥湖积软土固化配方优化研究[D]. 安徽建筑大学，2017.
[3]张先伟，王常明，李忠生，纪江.不同地区结构性软土基本性质的对比研究[J].工程勘察，2010，38（05）：6-10+93.
[4]刘毅飞. 软黏土无侧限抗压强度特性研究[J]. 中国水运（下半月），2020（1）：221-222.
[5]周建伟. 路基工程中粉质黏土的石灰加固技术研究[J]. 居业，2020（9）：111，113.
[6]孙本状. 合肥湖积软土固化配方优化研究[D]. 安徽建筑大学，2017.
[7]叶润华，杨晓丽，姜惠灵. 工业碳酸钠提纯实验[J]. 纯碱工业，2021（1）：10-12.
[8]张挺. 浅谈国内外软土路基处理方法[J]. 华章，2012（5）：307.
基金项目：
吉林省省级大学生创新创业项目编号：201910191041