石灰土的強(qiáng)度與施工質(zhì)量的關(guān)系

張淑坤

(齊宏市政工程建設(shè)集團(tuán)有限公司)

1 石灰土強(qiáng)度形成過程

石灰土強(qiáng)度和穩(wěn)定性是由于其自身產(chǎn)生的一系列化學(xué)、物理化學(xué)和物理學(xué)變化所形成的,影響石灰土強(qiáng)度和穩(wěn)定性有其內(nèi)因和外因兩個(gè)方面,內(nèi)因有土質(zhì)灰質(zhì)、石灰劑量、碾壓含水量和密實(shí)度,外因有溫度、濕度和時(shí)間。

一般認(rèn)為,石灰土強(qiáng)度主要由離子交換、氫氧化鈣遇水自行結(jié)晶和炭化作用形成。離子交換作用和氫氧化鈣自行結(jié)晶為石灰土強(qiáng)度早期形成的因素,而炭化作用則在后期作用明顯。

2 施工質(zhì)量對(duì)石灰土強(qiáng)度形成的影響

2.1 原材料的影響

石灰、土、水的質(zhì)量決定了石灰土的品質(zhì),優(yōu)質(zhì)的石灰、土、水及準(zhǔn)確的配料是石灰土結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度形成的必要條件之一。

石灰:需檢驗(yàn)石灰的有效鈣和氧化鎂含量,如試驗(yàn)碎石、碎石土、砂礫、砂礫土等級(jí)配不好的材料,宜先改善其級(jí)配。生石灰的主要成份是CaO與MgO,當(dāng)MgO的含量大于5%時(shí)稱為鎂質(zhì)灰,小于5%時(shí)稱為鈣質(zhì)灰,根據(jù)CaO和MgO含量等指標(biāo)劃分為優(yōu)等、一等和合格品三個(gè)等級(jí),道路用石灰不宜低于合格品。只有保證石灰中的CaO和MgO的含量才能保證石灰土進(jìn)行充分的離子交換、炭化作用和結(jié)晶作用,并且應(yīng)盡量縮短石灰的存放時(shí)間。

土:在石灰土基層施工前,應(yīng)取所定料場(chǎng)中有代表性的土樣進(jìn)行以下試驗(yàn):顆粒分析、液限和塑性指數(shù)、擊實(shí)試驗(yàn)、碎石或礫石的壓碎值、有機(jī)質(zhì)含量(必要時(shí)做)、磷酸鹽含量(必要時(shí)做)。一般土類均可配制石灰土,但優(yōu)先選用塑性指數(shù)為 12～20的粘性土。比表面積大的粘土更易與石灰發(fā)生作用,形成強(qiáng)度。用石灰穩(wěn)定無塑性指數(shù)的級(jí)配砂礫、級(jí)配碎石。未篩分碎石時(shí),應(yīng)添加 15%左右的黏性土。試驗(yàn)塑性指數(shù)偏大的黏性土?xí)r,應(yīng)進(jìn)行粉碎,粉碎后土塊的最大尺寸不應(yīng)大于15mm。土的有機(jī)質(zhì)含量不超過 10%,硫酸鹽含量超過 0.8%時(shí)不宜用石灰穩(wěn)定。使用特殊類型的土壤如級(jí)配礫石、砂石、雜填土等應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)決定。

水:應(yīng)盡量選擇干凈的可供飲用的水。

2.2 石灰劑量的影響

石灰的劑量對(duì)石灰的強(qiáng)度影響顯著,當(dāng)石灰的劑量低于3%～4%時(shí),石灰主要起穩(wěn)定作用,隨著石灰劑量的增加強(qiáng)度明顯提高,石灰劑量過大反而會(huì)導(dǎo)致石灰土強(qiáng)度下降并使造價(jià)提高。

2.3 石灰土的拌和對(duì)石灰土強(qiáng)度的影響

石灰土強(qiáng)度形成主要靠離子交換、Ca(OH)2自行結(jié)晶和炭化作用。離子交換作用原理是:粘土顆粒呈陰極,把土溶液中的K+、Na+等陽離子吸引到粘土顆粒表面的薄膜水中,當(dāng)石灰加入后,在溶液中離解出來的Ca2+離子與粘土表面的K+、Na+離子進(jìn)行交換,呈負(fù)極的土顆粒直接吸附溶液中的 Ca2+離子,離子交換及土粒吸附鈣離子后,使土粒表面的薄膜水水膜變薄,土顆粒之間的分子吸引力加大,土的水穩(wěn)定性得到提高,土粒間的結(jié)構(gòu)緊密,強(qiáng)度提高。只有將土粒與石灰充分?jǐn)嚢杈鶆?增加土顆粒與石灰顆粒的接觸面積,才能更有利于這種離子交換,反之,這種離子交換則不能充分的進(jìn)行,作為整體的石灰土層也會(huì)由于存在著沒有進(jìn)行離子交換的原狀土團(tuán)粒和石灰團(tuán)粒而出現(xiàn)薄弱端面,使石灰土層局部失去板體性能,從而導(dǎo)致道路發(fā)生破壞。

2.4 石灰土碾壓時(shí)的含水量對(duì)強(qiáng)度形成的影響

石灰土強(qiáng)度的形成與石灰土的含水量有著重要的關(guān)系,離子交換需要石灰土保持一定的含水量,Ca(OH)2自行結(jié)晶的生成物為晶體Ca(OH)2nH2O,即Ca(OH)2+nH2O= Ca(OH)2nH2O結(jié)晶作用使得Ca(OH)2nH2O相互之間與土顆粒之間形成晶格,使石灰土強(qiáng)度及水穩(wěn)定性得到提高。沒有水的作用Ca(OH)2自行結(jié)晶不能完成,同時(shí)為了使石灰土成型密實(shí),達(dá)到最大密實(shí)度,必須掌握好碾壓時(shí)的含水量,含水量過低時(shí)不但會(huì)導(dǎo)致石灰土松散發(fā)裂,而且由于石灰土在碾壓時(shí)土顆粒與石灰顆粒形成嵌擠結(jié)構(gòu),具有一定的密實(shí)度,即使養(yǎng)生撒水也只能濕潤(rùn)石灰表面,缺水的表層以下的石灰土則由于含水量不足不能充分進(jìn)行離子交換和Ca(OH)2結(jié)晶作用,導(dǎo)致石灰土無法形成強(qiáng)度。

2.5 碾壓質(zhì)量對(duì)石灰土強(qiáng)度的影響

碾壓應(yīng)達(dá)到密實(shí)度設(shè)計(jì)要求,同時(shí)石灰土的強(qiáng)度隨密實(shí)度的增長(zhǎng)而明顯增長(zhǎng),且抗凍性、水穩(wěn)定性、抗縮裂性都有提高,此外碾壓應(yīng)達(dá)到無明顯輪跡。

2.6 養(yǎng)生的濕度和溫度對(duì)石灰土強(qiáng)度形成的影響

石灰土成型后必須進(jìn)行潮濕養(yǎng)生,以防止表層干燥松散和強(qiáng)度受到損失,保證離子交換、炭化作用和結(jié)晶作用的進(jìn)行,使石灰土獲得較高的早期強(qiáng)度。

一般認(rèn)為,溫度越高石灰土各種礦物質(zhì)的活性增大的越大,離子交換、結(jié)晶作用都在加速,其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性增長(zhǎng)的越快。石灰土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是隨著時(shí)間而增長(zhǎng),且前期增長(zhǎng)較快,3個(gè)月齡期的石灰土強(qiáng)度已能達(dá)到 50%左右,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢。氣溫出現(xiàn)負(fù)溫后,石灰土強(qiáng)度有所損失,氣溫恢復(fù)正常后強(qiáng)度還會(huì)繼續(xù)形成,但增長(zhǎng)的速度較慢,所以在北方地區(qū)最佳施工期為 5～7月。長(zhǎng)春市斯大林大街(后改稱人民大街)人民廣場(chǎng)至解放廣場(chǎng)段,于 1993年翻建施工。石灰土層施工時(shí)做到了在最佳攪拌、最佳含水量、最佳施工期(6月)施工,道路建成后質(zhì)量相當(dāng)好,在 1995年全國(guó)市政工程檢驗(yàn)評(píng)比中獲優(yōu)質(zhì)獎(jiǎng),道路使用至今無破壞現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

石灰土強(qiáng)度形成與石灰土的施工質(zhì)量有著密不可分的關(guān)系,充分地認(rèn)識(shí)這種關(guān)系有利于我們合理安排石灰土的施工期,抓住關(guān)鍵工序,解決關(guān)鍵問題,保證石灰土具有良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性及整體性,提高道路的服務(wù)年限。