论文部分内容阅读
摘 要：在膨胀土中掺入石灰改良膨胀土。本文以试验掺无机结合料来研究改良剂改性膨胀土的方法，并简述了在施工中石灰改良的膨胀土的应用。
关键词：膨胀土；改性；石灰；试验研究
中图分类号：U416文献标识码： A
引言
膨胀土由于其组成含有较多的膨胀性黏土矿物(蒙脱石、伊利石)，他具有很强的吸水性、高塑性、快速崩解及剧烈的胀缩性。膨胀土的胀缩性除了受土体自身的黏土矿物成分及含量控制外，土体的基质吸力及含水量的变化也是重要因素。在工程建设中，常常由于膨胀土这种特殊的性质给工程的施工、维护等带来较多的问题，如何对膨胀土进行有效的处理成为了近几年来学者们研究的热点问题。
一、掺无机结合料的膨胀土改性
目前在施工中处理膨胀土的方法主要是化学改性, 如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等,使之与土壤发生一定的物理化学反应, 以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。填料改良是将粉碎的土和其他添加剂、水进行充分拌合后,再用机械压实养护而形成稳定的土体。综合分析各种改良方法已有的成果及经验教训,特别借鉴近年来的试验成果,考虑到石灰在改良高塑性黏土所具有的优势，本次室内改良试验选用的改良剂为石灰(包括生石灰、熟石灰)。石灰改良的室内试验研究中, 掺灰量的确定是试验的主要内容之一。
1、通过实验分析填料的矿物成分、颗粒级配及其物理性质, 探究填料的膨胀性质及其影响因素。本工程试验是石灰(包括生石灰、熟石灰) 的掺入重量比分别为4%、5%、6%、7%、8%。试验项目包括改良前后，土的颗粒分析、物理性质、水理性质、强度试验和土的膨胀性指标测定等。为了解工程现场的土源在改良前后的物理力学性质、胀缩特性、水理性能等指标,在对现场取土源的膨胀性指标进行详细查明后，选取了两种有代表性的土样（一号土场和二号土场）:一种弱膨胀性土源和一种中等膨胀性土源取样，进行室内改良试验研究。
对改良土的强度、颗粒级配、胀缩性等综合分析发现,取一号土场最佳掺灰比(包括生、属石灰)定为6%(石灰含量与干土质量百分比) ,取二号土场最佳掺灰比取7% 。现场室内试验的目的，主要是检验现场填筑压实的改良膨胀土的工程特性。试验方法: 要求7天龄期, 可以选在基床底层填筑时进行, 在压实完毕检测合格的路面取样,在规定的温度下保湿养生7天后进行各项试验。
2、经过生石灰、熟石灰改良后, 膨胀土的物理力学性质，主要在以下方面发生明显变化:颗粒级配方面:黏粒含量大幅减少,粉粒含量有所增加,砂粒含量明显增加。对最佳配比,改良后黏粒含量10.2～15.5,粉粒含量59.8%～72.7%,砂粒含量13.9%～25.7%。塑性方面: 膨胀土改良后塑性指数明显降低,改良后的塑性指数为3.7～13.9。胀缩性方面: 膨胀土改良后自由膨胀率、收缩系数都有不同程度的降低, 膨胀力、无荷膨胀量、有荷膨胀量大幅度降低。说明膨胀土经石灰改良以后, 能够大大改善其吸水膨胀、失水收缩的不良工程特性。
1）压缩性方面: 改良后膨胀土压缩系数减小、压缩模量增大,说明用改良土做填料填筑路堤比用膨胀土填筑路堤, 可以减小路堤本体的压缩量。
2）剪切强度方面:①直剪:膨胀土经石灰改良后直剪C值无明显规律的变化,Φ值有一定的增加;②排水反复直剪:改良后残余强度指标Cr值有一定的增加,Φr值变化不大;③三轴固结不排水剪:改良后(有效)黏聚力指标大幅增加,(有效)内摩擦教指标有一定程度的增加。
3）抗压强度方面: 膨胀土改良后浸水无侧限强度、无侧限强度均得到较大提高。而且, 改良前浸水无侧限抗压强度比无侧限强度降低幅度高达97%～98%,而改良后浸水无侧限抗压强度比无侧限强度降低12%～61%,说明石灰改良膨胀土，对改善膨胀土在浸水条件下的力学性能具有明显作用。经过理论计算及试验对比分析,基床底层改良土填料现场7天龄期浸水无侧限强度定为450kPa，现场7天龄期浸水无侧限强度定为300kPa。
3、界限含水量试验
膨胀土的界限含水量是粘土颗粒与水相互作用的一种属性，膨胀土主要由亲水性粘土矿物组成，含有较多的细小粘土颗粒成分，故具有比表面积大，扩散双电层较厚的特点，因而与一般细粒土相比，膨胀土中粘土颗粒表面的水膜较厚，所保持的薄膜水總量也特别多，因此，膨胀土一般具有高液限、高塑性指数的特点。
（1）随着掺灰率的提高，液限有较大幅度的降低，由素土的65.5%降低为5%改良土的48%，随后液限变化幅度不大;而塑限随着掺灰率的变化影响不大，基本上保持稳定;塑性指数随着掺灰率的增大一直呈下降趋势，由素土的32%降到9%石灰土的14.7%，降幅为54%，而且掺灰率增大到5%以后的塑性指数的下降幅度显著减少，可以看出，塑性指数的降低明显是由液限降低引起的;缩限随着掺灰率的增加一直是增大的，由素土的18.1%增大到5%石灰土的34.6%，增幅为91%，随后增幅减少:缩限试验得到的体缩率和收缩指数的变化规律与液限相类似。因此，界限含水量各指标随掺灰率的变化在掺灰率为5%后就较少了。
（2）液限和塑性指数是细粒土分类的重要指标，按照文献[1]中土的工程分类原则，结合颗粒分析试验结果给改良土命名，素土是属于特殊土中的膨胀土，掺灰率为3%的改良土则为高液限粘土，随着掺灰率继续增加到5%、7%、9%，改良土依次变为低液限粉土、高液限粉土、粉土质砂。
（3）灰白色膨胀土属于中膨胀土，掺灰率3%的改良土变为弱膨胀土。当掺灰率达到了5%后，改良土变为非膨胀土，这证明掺石灰可以明显的改善膨胀土的胀缩性。
二、石灰改良膨胀土施工
1、施工准备
施工前的准备工作极为重要，它是组织施工的第一步，是保证路基施工的基本工作顺利完成的前提条件。石灰的质量要按规范要求进行控制，对生石灰必须进行取样检验，目的是检测有效CaO+MgO的含量≥70%。
在施工准备中，除了要做一些常规的准备外，还要做好石灰加工的准备工作，根据设计要求，如果使用熟石灰改良膨胀土，应该选择避风近水的场所进行石灰的消解、过筛，并把消解残余物集中堆放，并及时清除，做好相应的环境保护工作。
2、土料摊铺时，要摊铺均匀，松铺厚度要求不大于25cm。摊铺后要有效降低含水量，含水量应随时测定，当含水量降至最佳含水量+5%左右时，可进行第二次掺灰。
3、二次掺灰前，用轻型压路机把填土压平，打上方格，面积以每个方格内堆放一车消石灰为宜，再将石灰摊平。然后粉碎至大于 5cm的土颗料低于5％的要求，达不到要求继续粉碎。现场应随时随机取样检测，确保颗粒粉碎达到要求。
4、土块粉碎后，及时进行灰剂量和含水量测试。所有测点的灰剂量应不小于设计剂量-1%。如果灰量偏低应及时补灰拌和。如果含水量偏高，应用铧犁连续翻拌，尽快降低含水量。 当含水量降至最佳含水量+3%的范围内，且灰剂量满足要求时，连续碾压至规定的压实度，每层连续碾压，一次碾压到位，碾压时间不能超过一天。应先用振动碾压两遍，然后用静压连续碾压到需要的压实度，碾压结束后压实度应及时检测。
结语
本文针对膨胀土改良的特殊问题进行了试验段研究，现场试验检测结果表明，膨胀土经石灰改良以后, 能够大大改善其吸水膨胀、失水收缩的不良工程特性，石灰改良剂在改良膨胀土的强度方面更容易施工，
参考文献
[1]谭罗荣，孔令伟.膨胀土的强度特性研究[J].岩土力学，2005（07）：3-7.
[2]王亮.粉煤灰综合利用研究[D].天津：天津大学，2007.
[3]王保田，张福海，张文慧.改良膨胀土施工技术与改良土的性质研究[J].岩石力学与工程学报，2006（S1）：573-577.
[4]惠会清，胡同康，王新东.石灰、粉煤灰改良膨胀土性质机理[J].长安大学学报：自然科学版，2006（02）：38-41.
关键词：膨胀土；改性；石灰；试验研究
中图分类号：U416文献标识码： A
引言
膨胀土由于其组成含有较多的膨胀性黏土矿物(蒙脱石、伊利石)，他具有很强的吸水性、高塑性、快速崩解及剧烈的胀缩性。膨胀土的胀缩性除了受土体自身的黏土矿物成分及含量控制外，土体的基质吸力及含水量的变化也是重要因素。在工程建设中，常常由于膨胀土这种特殊的性质给工程的施工、维护等带来较多的问题，如何对膨胀土进行有效的处理成为了近几年来学者们研究的热点问题。
一、掺无机结合料的膨胀土改性
目前在施工中处理膨胀土的方法主要是化学改性, 如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等,使之与土壤发生一定的物理化学反应, 以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。填料改良是将粉碎的土和其他添加剂、水进行充分拌合后,再用机械压实养护而形成稳定的土体。综合分析各种改良方法已有的成果及经验教训,特别借鉴近年来的试验成果,考虑到石灰在改良高塑性黏土所具有的优势，本次室内改良试验选用的改良剂为石灰(包括生石灰、熟石灰)。石灰改良的室内试验研究中, 掺灰量的确定是试验的主要内容之一。
1、通过实验分析填料的矿物成分、颗粒级配及其物理性质, 探究填料的膨胀性质及其影响因素。本工程试验是石灰(包括生石灰、熟石灰) 的掺入重量比分别为4%、5%、6%、7%、8%。试验项目包括改良前后，土的颗粒分析、物理性质、水理性质、强度试验和土的膨胀性指标测定等。为了解工程现场的土源在改良前后的物理力学性质、胀缩特性、水理性能等指标,在对现场取土源的膨胀性指标进行详细查明后，选取了两种有代表性的土样（一号土场和二号土场）:一种弱膨胀性土源和一种中等膨胀性土源取样，进行室内改良试验研究。
对改良土的强度、颗粒级配、胀缩性等综合分析发现,取一号土场最佳掺灰比(包括生、属石灰)定为6%(石灰含量与干土质量百分比) ,取二号土场最佳掺灰比取7% 。现场室内试验的目的，主要是检验现场填筑压实的改良膨胀土的工程特性。试验方法: 要求7天龄期, 可以选在基床底层填筑时进行, 在压实完毕检测合格的路面取样,在规定的温度下保湿养生7天后进行各项试验。
2、经过生石灰、熟石灰改良后, 膨胀土的物理力学性质，主要在以下方面发生明显变化:颗粒级配方面:黏粒含量大幅减少,粉粒含量有所增加,砂粒含量明显增加。对最佳配比,改良后黏粒含量10.2～15.5,粉粒含量59.8%～72.7%,砂粒含量13.9%～25.7%。塑性方面: 膨胀土改良后塑性指数明显降低,改良后的塑性指数为3.7～13.9。胀缩性方面: 膨胀土改良后自由膨胀率、收缩系数都有不同程度的降低, 膨胀力、无荷膨胀量、有荷膨胀量大幅度降低。说明膨胀土经石灰改良以后, 能够大大改善其吸水膨胀、失水收缩的不良工程特性。
1）压缩性方面: 改良后膨胀土压缩系数减小、压缩模量增大,说明用改良土做填料填筑路堤比用膨胀土填筑路堤, 可以减小路堤本体的压缩量。
2）剪切强度方面:①直剪:膨胀土经石灰改良后直剪C值无明显规律的变化,Φ值有一定的增加;②排水反复直剪:改良后残余强度指标Cr值有一定的增加,Φr值变化不大;③三轴固结不排水剪:改良后(有效)黏聚力指标大幅增加,(有效)内摩擦教指标有一定程度的增加。
3）抗压强度方面: 膨胀土改良后浸水无侧限强度、无侧限强度均得到较大提高。而且, 改良前浸水无侧限抗压强度比无侧限强度降低幅度高达97%～98%,而改良后浸水无侧限抗压强度比无侧限强度降低12%～61%,说明石灰改良膨胀土，对改善膨胀土在浸水条件下的力学性能具有明显作用。经过理论计算及试验对比分析,基床底层改良土填料现场7天龄期浸水无侧限强度定为450kPa，现场7天龄期浸水无侧限强度定为300kPa。
3、界限含水量试验
膨胀土的界限含水量是粘土颗粒与水相互作用的一种属性，膨胀土主要由亲水性粘土矿物组成，含有较多的细小粘土颗粒成分，故具有比表面积大，扩散双电层较厚的特点，因而与一般细粒土相比，膨胀土中粘土颗粒表面的水膜较厚，所保持的薄膜水總量也特别多，因此，膨胀土一般具有高液限、高塑性指数的特点。
（1）随着掺灰率的提高，液限有较大幅度的降低，由素土的65.5%降低为5%改良土的48%，随后液限变化幅度不大;而塑限随着掺灰率的变化影响不大，基本上保持稳定;塑性指数随着掺灰率的增大一直呈下降趋势，由素土的32%降到9%石灰土的14.7%，降幅为54%，而且掺灰率增大到5%以后的塑性指数的下降幅度显著减少，可以看出，塑性指数的降低明显是由液限降低引起的;缩限随着掺灰率的增加一直是增大的，由素土的18.1%增大到5%石灰土的34.6%，增幅为91%，随后增幅减少:缩限试验得到的体缩率和收缩指数的变化规律与液限相类似。因此，界限含水量各指标随掺灰率的变化在掺灰率为5%后就较少了。
（2）液限和塑性指数是细粒土分类的重要指标，按照文献[1]中土的工程分类原则，结合颗粒分析试验结果给改良土命名，素土是属于特殊土中的膨胀土，掺灰率为3%的改良土则为高液限粘土，随着掺灰率继续增加到5%、7%、9%，改良土依次变为低液限粉土、高液限粉土、粉土质砂。
（3）灰白色膨胀土属于中膨胀土，掺灰率3%的改良土变为弱膨胀土。当掺灰率达到了5%后，改良土变为非膨胀土，这证明掺石灰可以明显的改善膨胀土的胀缩性。
二、石灰改良膨胀土施工
1、施工准备
施工前的准备工作极为重要，它是组织施工的第一步，是保证路基施工的基本工作顺利完成的前提条件。石灰的质量要按规范要求进行控制，对生石灰必须进行取样检验，目的是检测有效CaO+MgO的含量≥70%。
在施工准备中，除了要做一些常规的准备外，还要做好石灰加工的准备工作，根据设计要求，如果使用熟石灰改良膨胀土，应该选择避风近水的场所进行石灰的消解、过筛，并把消解残余物集中堆放，并及时清除，做好相应的环境保护工作。
2、土料摊铺时，要摊铺均匀，松铺厚度要求不大于25cm。摊铺后要有效降低含水量，含水量应随时测定，当含水量降至最佳含水量+5%左右时，可进行第二次掺灰。
3、二次掺灰前，用轻型压路机把填土压平，打上方格，面积以每个方格内堆放一车消石灰为宜，再将石灰摊平。然后粉碎至大于 5cm的土颗料低于5％的要求，达不到要求继续粉碎。现场应随时随机取样检测，确保颗粒粉碎达到要求。
4、土块粉碎后，及时进行灰剂量和含水量测试。所有测点的灰剂量应不小于设计剂量-1%。如果灰量偏低应及时补灰拌和。如果含水量偏高，应用铧犁连续翻拌，尽快降低含水量。 当含水量降至最佳含水量+3%的范围内，且灰剂量满足要求时，连续碾压至规定的压实度，每层连续碾压，一次碾压到位，碾压时间不能超过一天。应先用振动碾压两遍，然后用静压连续碾压到需要的压实度，碾压结束后压实度应及时检测。
结语
本文针对膨胀土改良的特殊问题进行了试验段研究，现场试验检测结果表明，膨胀土经石灰改良以后, 能够大大改善其吸水膨胀、失水收缩的不良工程特性，石灰改良剂在改良膨胀土的强度方面更容易施工，
参考文献
[1]谭罗荣，孔令伟.膨胀土的强度特性研究[J].岩土力学，2005（07）：3-7.
[2]王亮.粉煤灰综合利用研究[D].天津：天津大学，2007.
[3]王保田，张福海，张文慧.改良膨胀土施工技术与改良土的性质研究[J].岩石力学与工程学报，2006（S1）：573-577.
[4]惠会清，胡同康，王新东.石灰、粉煤灰改良膨胀土性质机理[J].长安大学学报：自然科学版，2006（02）：38-41.