高速公路石灰改良膨胀土试验与施工对照分析报告.doc

实用标准文案 精彩文档 高速公路石灰改良膨胀土试验与施工对照分析 胡彦成 一、概述 在高速公路建设中，沿线经常分布有膨胀土不良土质土源，由于土地珍贵和经济上的因素，有时不得不利用就近的中等或弱膨胀土不良土源作为高速公路路基填料。膨胀土改良方法，及改良膨胀土路用技术的研究，是近年来我国高等级公路建设中的热点课题之一。我们以蚌明高速公路的膨胀土为研究对象，蚌明高速公路多个标段通过膨胀土地区，尤其以五标及九标的土质为最差。我们在施工灰土实验段初期就遇到了击实结果偏大，压实度不能达到设计要求的情况。从施工工艺上改进后依然不能达到。这就使我们考虑到控制压实度的一些关键数据，如标干、含水量等。 膨胀土主要是由亲水性较强的粘土矿物成分组成的，具有较大涨缩性能和相对较高的液限、塑限和塑性指数的粘性土。受生成地质条件、地址、水文及气候环境等因素的影响，具有显著的涨缩性、崩解性、多裂隙性、风化特性和强度衰减性等一系列的特殊、复杂的物理力学性质。 二、膨胀土石灰改良的工作机理 1、膨胀土如果处理不当，对工程建设具有潜在的破坏性。因此，膨胀土改性后再用于高速公路填筑是十分必要的。石灰改良膨胀土是最普遍、最有效的方法之一。石灰与膨胀土之间的化学作用非常复杂，石灰改良的工作机理一般认为有： a）化学与物理-化学作用 一是离子交换作用，即石灰中钙、镁离子置换土中钠、钾离子，或吸收作用，导致离子单位重量增加。膨胀土与石灰接触后，这一离子交换作用立即发生，使得胶体吸附层减薄，从而使粘土胶状颗粒发生凝聚，粘胶力的亲水性减弱，细颗粒产生絮凝和凝沉，形成较大的集力或积聚体。 二是碳酸化作用，即石灰中Ca（OH）2吸收CO2形成质地坚固、水稳性好的CaCO3晶体。这一结晶作用使得土的胶结得到加强，从而提高了石灰土的后期强度。试验表明，碳酸化学反应只有在水的条件下才能进行，在干燥的碳酸气作用于完全干燥的石灰粉末时，碳酸反应几乎停止，说明这种作用需用水。 三是结晶作用，在石灰土中除了一部分Ca（OH）2发生碳酸化反应外，另一部分则在石灰土中自行结晶Ca（OH）2+nH2O→Ca（OH）2.nH2O 由于结晶作用，Ca（OH）2胶状体逐渐变成晶体，这种晶体能互相作用与土结合成晶体，从而把土粒胶结成整体，提高了石灰土的水稳定性。 四是灰结作用，即膨胀土加灰后，使土呈碱性，在碱性环境中石灰与土中的氧化铝逐渐硬结，即：火山灰作用——活性硅产品矿物在石灰的碱性激发作用下离解，并在水的参与下Ca（OH）2反应生成含水的碳酸钙和铝酸钙，即： ??? ??????Ca（OH）2+SiO2+（n-1）H2O→XCaSiO2.nH2O ??? ??????XCa OH）2+Al2O3+（n-1）H2O→XCaAl2O3.nH2O 火山灰反应是在不断吸收水份的情况下逐渐形成的，因而其具有水硬性质。另外，石灰本身会产生消化反应。CaO生成Ca（OH）2后体积增大近一倍，使土固结。 b）、土的组织结构变化的增强机理 化学和物理-化学作用是粘胶粒絮凝、胶结，并使聚粒体表面形成水硬性包膜，水化能力的降低，导致土结构的疏松，胀缩作用也因土的结构疏松而在结构内部消化。当化学和物理-化学作用充分，土的结构基本稳定，其胀缩性随之消失，同时也增强了土的强度。 石灰改良膨胀土主要体现在膨胀土塑性指标下降，以及粘粒含量降低。但是，在一定石灰掺入量条件下，改良膨胀土的性质随着石灰计量而变优。而当石灰计量超过某一值后，石灰稳定土的力学指标和水稳定性反而有所下降。正是这一稳定机制的复杂性，石灰稳定膨胀土的石灰掺入计量，易通过试验对比后确定。 2、上述可以看出，石灰改良膨胀土的工作机理相对简单、明确。然而，在高速公路建设中，石灰改良膨胀土的实际应用中，却仍然存在大量的问题有待进一步研究和完善。主要表现在：石灰改良膨胀土的击实标准。当前确定标准干密度的方法，最通用的有三种：1）击实试验法；2）试验路法；3）固体体积法。最通用的确定土和路面材料的标准干密度的方法是击实试验法。按照试验操作规程要求，击实试验分轻型击实和重型击实。小试筒适用于粒径不大于25mm的土，大试筒适用于粒径不大于38mm的土。 石灰改良膨胀土的击实试验，规范中明确规定闷料24h的“干法”击实试验，但是这一方法在实际工程应用中，宜出现最佳含水量偏底，最大干重度偏高的试验结果。这一击实标准很容易导致外观良好、性能优良石灰稳定土填筑结构的压实度检测难以达到设计压实度要求。由此可见，石灰的掺入对土的击实特性的影响较大，就其机理，可以从钙的水解作用消耗了土中的部分水份，颗粒间的磨阻力因此提高角度来解释。为此，就高液限粘土和结构性强的改良土击实试验，提出了“湿法”和“干法”击实试验。采用湿法后，击实标准中的最佳含水量提高，最大干重度降低。石灰稳定膨胀土的击实标准研究