固化盐渍土的抗冻融性能

5.5.3　固化盐渍土的抗冻融性能

试样养护7 d并自然风干至28 d，进行冻融循环试验。先放入－15℃的低温冰箱冷冻4 h，然后在标准养护室中融化4 h，此8 h为一个循环，循环次数为15次，期间需同步取出各种土试样6个，测试试样的质量和无侧限抗压强度。

1．石灰、水泥、SH固土剂的固化土

石灰类固化盐渍土经15次冻融循环后，试样表面松软泥化并存在许多微裂纹，边角不完整。相比之下，水泥类固化盐渍土试样表面较为完好。见图5.53。

图5.53　经15次冻融循环后的固化盐渍土

(a)石灰固化盐渍土(b)水泥+石灰固化盐渍土

(c)SH固土剂+石灰固化盐渍土(d)SH固土剂+水泥+石灰固化盐渍土

1)石灰类固化盐渍土

石灰类固化盐渍土随冻融循环次数的增加强度降低明显。经过15次冻融循环，石灰固化土从初始的1.409 MPa降至0.795 MPa，强度损失43.6%;SH固土剂+石灰固化土则从1.452

图5.54　石灰类固化盐渍土无侧限抗压强度随冻融循环次数变化

MPa降至0.863 MPa，强度损失40.6%(见图5.5.4)。掺入SH的石灰固化土强度较普通石灰固化土提高了8.6%，说明SH固土剂可以在一定程度上能够提高石灰固化土的抗冻性能。总体而言，石灰类固化盐渍土的抗冻性较差。

2)水泥+石灰类固化盐渍土

水泥类固化盐渍土经过2～3次冻融循环后强度突降，进入第5次循环后强度趋于稳定。经过15次冻融循环，水泥+石灰固化土从初始的3.200 MPa降至1.820 MPa，强度损失43.1%;SH+水泥+石灰固化土则从3.061 MPa降至1.932 MPa，强度损失36.9%(见图5.55)。掺入SH的水泥+石灰固化土强度较普通水泥+石灰固化土提高了6.2%。同石灰类固化土比较而言，水泥类固化盐渍土的抗冻性能相对较好。

图5.55　水泥－石灰类固化盐渍土强度随冻融循环次数变化

2．石灰、粉煤灰、SH固土剂的固化土

石灰、粉煤灰、SH固土剂固化土的抗冻试验结果见表5.26和图5.56、图5.57。

表5.26　固化土的抗冻试验结果

图5.56　固化土的无侧限抗压强度随冻融循环次数的变化

与常规土和混凝土等材料恰好相反，无论是滨海盐渍土还是掺入了固化材料的滨海盐渍土，试样经15次冻融循环后，质量均增大。虽然冻融试验会引起试样质量减小，但由于滨海盐渍土中氯化物严重吸潮，引起质量增大，且后者作用明显大于前者，最终使得试样质量增大。

经过15次冻融循环，盐渍土试样表面出现起皮、剥落等现象，横向出现数条裂缝，有的裂缝几乎贯穿整个试样。而二灰固化土和SH+二灰固化土试样仅表面起皮，没有出现剥落和裂缝。就质量而言，三者质量增长率基本相同，而强度损失率有较大差别，盐渍土的抗压强度降到0.342 MPa，损失率达74.5%，二灰固化土和SH固土剂+二灰固化土强度损失率基本相同，明显小于盐渍土，且抗压强度仍有1.2～1.4 MPa。

图5.57　固化土的质量随冻融循环次数的变化

3．电石灰固化土

掺加不同剂量的电石灰试样，试样饱水24 h后开始冻融试验。首先放入－15℃的低温冰箱4 h，然后在标准养护箱(温度25℃，湿度95%)中融化4 h为一循环，循环次数为5次，期间需同步测量试样的无侧限抗压强度和质量。以经过5次冻融循环之后的残留强度与未经冻融的强度之比值表示，称为冻稳系数。试验结果见表5.27和图5.58和图5.59。

表5.27　电石灰固化土的冻融试验结果

同干湿循环试验一样，由于素盐渍土试样水稳性很差，浸水后立即崩解，根本无法进行冻融循环试验，其抗冻性也不高;而添加电石灰固化后，则可以大大改善其抗冻性能，提高其耐久性。根据冻融循环试验结果，可以得出以下一些结论。

(1)经过5次冻融循环后，素盐渍土试样的质量损失超过1/2，已不能满足实际工程的正常使用要求;而电石灰固化盐渍土试样质量损失较小，当掺加量达6%时，其质量损失率仅占电石灰固化土约20.2%，其抗冻性的提高效果十分显著，并能满足一般路基工程的要求。

(2)经过5次冻融循环后，固化土试样的抗压强度比检验试样有大幅下降，其中掺加量2%的试样强度下降近63.3%，掺加量6%的试样也下降了31.7%，但其绝对值较高，达到了204.9 kPa，占其7 d标准强度的68.3%，比素盐渍土的7 d标准强度仍高46%。由此可见，掺加电石灰对提高盐渍土抗冻性效果还是比较明显的。

混凝土规范将“强度下降小于25%”，作为评定抗冻性能的指标之一，而电石灰固化盐渍土超过了这一标准。作为固化土，固化剂掺加量很小，而盐渍土的耐水性又很差，冻融循环中浸水是强度降低的最主要的原因之一。值得注意的是，固化土试样采用直径50 mm高50 mm的圆柱体试样，体积较小，每次冻融循环基本上都能对整个试样产生影响，其质量损失所占试样总质量的比例较大。而混凝土规范一般采用边长为70.7～200 mm立方体或100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试样，体积较大，每次冻融循环的影响范围有限，其造成的质量损失占总质量的百分率很小。因此，冻融循环试验方法仅能定性地对比固化土抗冻性能的优劣，而判定其抗冻性能则需采用其他的方法，但目前国内还没有固化土此类的统一标准。

(3)从试验现象来看，第1次冻融循环冷冻后立即浸水，盐渍土试样便大面积起皮脱落，说明其抗冻性很差;而电石灰固化土浸水后混合料脱落不明显，一直到最后几个循环，才有少量混合料在水中散解，说明其抗冻性较好。

(4)冻融循环结束后，进行无侧限抗压强度试验，压碎后固化土试样的内部仍保留有一部分相对较干而硬的混合料内核，这是冻融循环过程中未影响到的部分，也是固化土试样经冻融循环后仍保持一定强度的主要原因。

(5)固化土试样在冻融循环前浸水养护24 h，其目的是使试样充分吸水，从而使其含水率趋于稳定，但实际上其远未达到饱和。因此，在冻融循环的初始阶段，试样质量不降反升，说明其仍继续吸水。另外，冻融循环前后固化土试样中含水率的变化，及抗压试验压碎后其内部含有干硬的内核，也可以说明这一点。固化土试样从第4个冻融循环开始质量逐渐减少，说明其质量损失逐渐大于吸水量。

(6)与干湿循环试验类似，固化土试样在冻融循环试验过程中，无法测定每次冻融循环后的含水率，而全部5次循环后测定的含水率并不能准确反映每次循环后，特别是最初几次循环后的实际含水率值，所以冻融循环试验也不能准确得出每次循环后试样干混合料的质量值和质量损失百分率，而只能得出试样的湿质量损失值。

图5.58　电石灰固化盐渍土冻融循环强度对比

图5.59　电石灰固化盐渍土冻融循环后重量损失

总的来说，经过一定次数的冻融循环后，电石灰固化盐渍土与盐渍土相比，质量损失要小得多，而强度要高得多。电石灰的添加对提高抗冻性能效果十分显著，固化土能够满足工程对抗冻的要求。固化土的抗冻性与耐干湿循环能力一样，主要受到土料的性质、压实度及固化剂掺加量等因素的影响。根据试验结果，当电石灰掺加量达6%时，固化盐渍土在干湿循环和冻融循环等方面表现出较好的耐久性。