泰然土壤固化酶的路用性能及应用研究.doc

泰然土壤固化酶的路用性能及应用研究第34卷,第3期2009年6月公路工程HighwayEngineeringVo1.34.NO.3Jun.,2009泰然土壤固化酶的路用性能及应用研究赵清华(现代投资股份有限公司,湖南长沙410015)摘要】泰然酶(TerraZyme)是一种完全不同于传统道路建材的革命性新型筑路材料,具有无污染,施工简便,固化强度高,水稳性好,投资成本低等优点.研究了泰然土壤固化酶的路用性能以及泰然酶的工程应用情况,验证了泰然酶加固土的路用性能.关键词泰然土壤固化酶;固化;回弹弯沉;路用性能;应用中图分类号U414.1文献标识码A文章编号10021205(2009)03003304ResearchonPavementPerformanceandApplicationofTerraZymeZHAOQinghua(XiandaiInvestmentCompanyLimited,Changsha,Hunan410015,China)AbstractTerraZymeisanewmaterialthatitScompletelydifferentfromtraditionalhighwaymateria1.UsingTerraZymetosolidifythesoilhastheexcellencesofnonpollutions,highintensity,highsta-bilityandlowcost.ThepapermainlydicussedthepavementperformanceofTerraZymeanditsprojectapplications.ItVerifiedthepavementperformanceofTerraZyme.KeywordsTerraZyme;solidified;rebounddeflection;pavementperformance;application0前言土壤加固的方法通常有物理加固法,化学加固法和综合加固法.物理加固法是用机械的方法改变土质的力学性质和水力学性质,而土质的固有性质却没有改变;化学加固法是加入外加剂,使土质的固有性质发生改变;综合加固法是在土壤中加入外加剂,再通过压实等机械作用,使土壤的密度增大,孔隙缩小,抗剪性增加,压缩性和渗透性下降,强度和水稳性提高.利用土壤固化剂加固土就是一种综合加固法.泰然(TerraZyme)土壤固化酶是美国NaturePlus,Inc.生产的高科技液态复合酶制品,属于生物酶类土壤固化剂,由植物发酵而成,以溶解状态掺入土中,使土体密实.土体经压实,养生后,土体强度提高,渗透性下降,板结效果好.泰然酶作为一种新型的土壤稳定材料,和现有的筑路材料相比具有无污染,施工简便,固化强度高,水稳性好,投资成本低等优点,已成功在全世界30多个国家应用.目前,在我国黑龙江,陕西,内蒙古等地区得到了一定的应用.泰然酶筑路技术的主要优点为:在通常情况下比普通常见的各种结构的路面基础成本更低.比其他路面基层更坚固耐用,强度,力学分散性好,可以大大提高路面层的使用寿命及使用性能.使用泰然酶进行固化施工简单,且使用的原材料大部分为泥土,对原材料要求不高,可以实现因地制宜,就地取材.泰然酶可以有效降低整个道路的成本,其直接效果就是可大幅度减薄昂贵的路面表层.泰然酶固化剂经加水稀释后,即成无毒的溶液,不会污染地下水及危害野生物的生存,是一种理想的绿色环保产品.1泰然酶固化土组成材料的性质1.1泥土本试验所用土样为长沙望城县试验路的泥土.通过试验可知,土样中细粒组质量占总质量的96.65%,大于50%;所以该土样为细粒土.其基本性质见表1.收稿日期20090220【基金项目湖南省科技厅重点项目(2007FJ4291)【作者简介赵清华(1971一),女,河南驻马店人,高级工程师,主要研究方向为公路养护与管理.34公路工程34卷1.2砂砾,卵石采用天然砂砾,最大粒径为15mm;采用天然卵石,最大粒径为48mill.1.3泰然酶TZ土壤酶对土的要求如下:级配:TZ土壤酶与土中粘性颗粒发生稳定性反应.通过2mm筛的细颗粒至少为15%,至少含有6%的粘土.液塑性:液限应小于50%,且塑性指数为530.pH值:土的pH值最好为4.59.5.低pH值的土可用碳酸钙(石灰)处理.高pH值的土可用硫酸镁或硫酸钠处理.Tz土壤酶浓缩液的pH值为3.25.1.由试验可知,试验用土满足级配和液塑限要求,试验测得土样的pH值在6.07.5之间,也满足pH值要求.2室内试验研究2.1无侧限抗压强度试验依照目前通常的做法,固化土的无侧限抗压强度试验参考规范公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTJ05794)的相关规定来进行.试件尺寸为100h100mm,按95%的压实度成型,分别采用恒温恒湿和自然养护两种方式进行养生.为确定最佳处理效果的TZ土壤酶用量,选择0.04,0.05,0.06,0.07和0.08mL/kg土的比例进行无侧限抗压强度试验,无侧限抗压强度试验结果见表2.表2泰然酶固化土的无侧限抗压强度值Table2UnconfinedcompressivestrengthofTerraZymesolidifiedsoilMPa从以上试验结果可以得出:在两种养生模式下,随着生物酶剂量的增加,固化土的无侧限强度都有一定的增长,但增幅较小.尤其随着生物酶剂量的进一步增大,强度增长变化较快,当剂量达到0.06mL/kg土后,随着生物酶剂量的进一步增加,固化土强度增长很小.随着龄期的增长,固化土28d的无侧限强度较7d的强度有较大的增长.2.2CBR试验本试验选取素土及其混合料加固土壤进行试验.利用试验得出的CBR值来比较各类土的加固效果,探讨TZ土壤酶加固土的CBR值的变化规律.素土的CBR值(见表3).素土养生7d后做贯入试验,取贯入量2.5mm时的CBR值.表3CBR试验结果Table3TestresultsofCBR4).掺加泰然酶对加固土CBR值的影响(见表表4标准酶剂量加固土的R试验结果Table4TestresultsofCBRonstandardTerraZymesolidifiedsoil注:各种土均以其素土的CBR值作为CBR.,具体数值见表4,CBRi/CBRo为同一种土在每层击数和龄期相同条件下的比值.通过分析表4发现:素土添加泰然酶后,CBR值有了明显的提高.在相同击实次数和龄期的条件下,泰然酶加固土的CBR值较素土增加25倍左右,最高达5.11第3期赵清华:泰然土壤固化酶的路用性能及应用研究35倍,(如泰然酶加固土击实50次的试件60d龄期CBR值),这一现象说明用泰然酶加固土的效果很好,而且其单个的强度,土样的最高CBR值是50.2%.泰然酶加固土的强度随龄期增长而增长.如击实98次时,28d龄期的CBR值是7d的1.36倍;60d龄期的CBR值是7d的1.50倍.2.3泰然酶固化土回弹模量检测便携式落锤弯沉仪(PortableFallingWeightDe.flectmeter)简称PFWD,是一种动力试验检测设备,它是继落锤弯沉仪(FWD)后的一种新的用于确定路基和地基承载能力的检测设备,可获得路基的弯沉等值,为路基设计和施工质量控制提供科学依据.本试验采用PFWD对泰然酶固化土试件进行室内回弹模量检测,共同作用10kN的荷载,利用PFWD测得龄期0,7,28d试件的回弹模量见表5.表5室内PFWD试验结果Table5TestresultsofindoorPFWD由PFWD检测结果可知:掺加泰然酶的试样其回弹模量值显着大于不加酶的试样;掺加泰然酶试件回弹模量值随龄期的增长而增大.说明泰然酶可显着增大泥土的回弹模量,提高道路的承载能力.3依托工程情况本文依托群力村内村道,其以前为等外泥结砂石公路路面,全段长约3km.周围环境,道路路基状况较复杂,见图1.图1试验路罩面后情况在泰然酶固化层施工前后对试验路进行了弯沉检测.检测方法按照公路路基路面现场测试规程(JTJ05995)T095195进行,试验车辆采用BZZ一60标准车,车辆后轴重60kN,轮胎气压为0.5MPa,单轮传压当量圆直径为l9.5em采用3.6m贝克曼梁.其中100in试验段的弯沉检测结果见图2.一是巨穹0一,理避静摧龄期/d图2泰然酶固化层弯沉值随龄期的变化规律Figure2ThemutativelawofTerraZymesolidifiedsoildeflectionwithtime从图2中可以看出,随着龄期的增加,泰然酶加固土的实测弯沉值明显减小,前期减小较快,后期减小较慢,随着龄期的增长,慢慢趋于稳定,整个路段路床的代表弯沉值为299.2(0.01mm),而铺筑泰然酶固化层并养生92d后,其代表弯沉值减小为43.4(0.01mm),此试验段铺筑泰然酶加固土后其承载能力得到明显提高,说明泰然酶能有效改善土壤的工程性质,对土壤的加固效果较为显着.为了研究不同养生条件对道路压实质量的影响,现场选择了4个泰然酶固化层路段进行喷洒TZ酶,荷载运行试验,然后每个路段用灌砂法测3个点的压实度,并取平均值.检测结果见表6.表6试验路现场压实度检测结果Table6Testresultsofcompactiondegreeintrialroad%96.998.297.996.697.599.398.497.398.0l01.199.398.598.9lO1.9lOO.199.8从表6可以看出:随着龄期的增加,泰然酶固化层的压实度都增大,说明泰然酶对土壤有很好的稳定固化作用,能够明显提高道路的承载能力.36公路工程34卷k1+150kl+250,kl+250kl+350,k0+040k0+240路段泰然酶固化层60d的压实度分别比k1+000kl+100路段提高了3.0%,1.2%,0.9%.综上可知,定期进行养生复碾压或开放交通荷载可以提高泰然酶固化层的压实度,改善道路的承载能力.因此,固化土施工完后,应至少进行2次养生复碾压,并根据实际情况开放交通,可以首先开放轻交通,待固化土经过一定的养生后即开放重型交通.4经济效益分析采用生物酶进行固化在经济上有明显的优势,而且利用生物酶进行固化可以就地取材,不污染环境.正常情况下,利用泰然酶技术修建lkm的道路,按3.5m宽,泰然酶层25cm厚,则每公里的建设成本为13.513.9万元;而按3.5m宽,20enl厚来计算,则水泥混凝土,水泥稳定砂道路每公里的建设成本分别为2426万元,1819万元.泰然酶技术比传统的筑路技术有较明显的成本优势.5结论通过本文的试验及实际应用研究,可以得出以下结论:无侧限抗压强度试验表明,泰然酶加固土存在最佳剂量的问题,对不同的土其最佳配合比不同.泰然酶加固土的强度随着龄期的增加而增加,前期减小较快,后期增长较慢,随着龄期的增长,慢慢趋于稳定.通过对泰然酶加固土进行的一系列室内试验研究可知,泰然酶对土壤有很好的稳定固化作用,完全可以替代传统的固化材料,泰然酶加固土强度高,成本低,养护简单,稳定性高,无污染等优点.泰然酶加固土的特殊结构和经济性决定了它比传统的水泥混凝土道路,水泥稳定砂道路更能适应农村公路的复杂条件,具有显着的社会经济效益和广泛的应用前景.67891O参考文献】Dr.Sheldon.R.Mushy.TerraZymeSoilStabilizerApplicationInstructionM.NewYork:NATURALPUS,Inc,2000:1421.张登良.加固土原理M.北京:人民交通出版社,1990.侯瑜京.土壤固化剂技术在堤防加固工程中应用R.中国水利水电科学研究院,2000.J.Sedgwick.SoilStabilizationTechnologyforSuperiorRoadsM.NewYork:NATURALPLUS.Ine,2003.何新才,赵朝.土壤固化剂在道路基层中的应用研究J.中国市政工程,1999,10(2):1920.邢殿国,孙学武.土壤固化剂在水利工程中的应用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