石灰改性黃土強度的形成

摘要在黃土地區修筑路基，采取在黃土中摻入一定比例石灰經拌和用于填筑路堤，不但材料方便，而且成本低廉，在技術上是一項很好的工程措施。本文主要介紹石灰土改性黃土的強度的形成原理、增強強度的措施。

關鍵詞黃土 石灰 強度 措施

文章編號1008-5807（2011）05-106-01

一、概述

隨著我國鐵路建設的發展，尤其是高速鐵路的建設，許多路線不可避免的會通過黃土地區。大量的工程建設中會遇到黃土問題。在西部大開發中，中西北地區分布著大面積黃土，修建聯結這些地區的高速鐵路以及在該地區建造鐵路就會遇到大片的黃土地帶。鐵路路基必須為列車的高速運行提供一個高平順和穩定的軌下基礎。因此，對路基填筑質量要求很高，而路基填料工程性質好壞直接關系到路基填筑質量。 由于黃土及重塑黃土具有許多特殊的物理、力學性能，因此用其修筑的路基工程會出現多種病害，如基床承載力不足，路基本體下沉，路堤邊坡溜坍等。為擴大可用的填料范圍，將黃土改良后使用即挖方摻入一定石灰，經拌和用于填筑路堤，不但材料運輸方便，且能節省大量投資。

二、石灰改良黃土強度形成機理

黃土是一種多孔隙、弱膠結的第四紀沉積物，為灰黃、棕黃至棕紅色，以粉土顆粒為主，質地均勻，無層理，垂直節理發育，富含碳酸鹽，具有大孔性和一系列內部物質成分和外部形態的特征。

單純的石灰屬氣硬型膠凝材料，但黃土中摻人石灰后，石灰與黃土之間發生強烈的相互作用，從而使黃土的性質發生根本的改變。在一定條件下將發生復雜的物理化學反應， 在初期表現在土的結團、塑性降低、最佳含水量的增大和最大密實度的減小等，后期變化主要表現在結晶結構的形成，從而出現板體性、強度及穩定性提高。硬化后的灰土屬脆性材料。研究認為，灰土硬化的化學微觀機理可以從以下方面解釋:通過離子化反應、離子交換-水膠連接作用、固結反應和碳酸化和結晶作用等，生成硅酸鈣化合物(4CaO·SiO2·H2O)和鋁酸鈣化合物(4CaO·AlO3·3H2O)及鈣鋁黃長石水化物(2CaO·Al2O3·SiO2·6H2O)等，使得土的強度顯著提高，而且隨時間延續而增大，具有長期穩定性.這就是石灰改性黃土強度形成的機理。

黃土的強度受兩種粘聚力制約，一種為水膜的物理化學作用、粘土礦物顆粒的粘結和顆粒間分子引力所形成的原始粘聚力;另一種為碳酸鹽、石膏及其它包圍在顆粒外部的鹽類薄膜膠結而成的加固粘聚力。在天然狀態下，主要是加固粘聚力起主要作用。

石灰改性黃土的強度隨著石灰摻量的增加而增大。石灰的劑量對石灰土強度影響顯著，石灰的含量較低時，石灰主要起穩定作用，使土的塑性降低，初步具有水穩性，密實度和強度得到穩定。隨著劑量的增加，強度和穩定性均提高。但石灰的含量超過一定數量后，過多的石灰將沉積在土中孔隙而不參加反應，會導致孔隙比增加、石灰土強度降低。因此，對于石灰改性土，存在最佳石灰劑量。應根據工程需要和環境因素通過試驗研究來確定滿足高標準鐵路、公路路基填料要求的最佳石灰劑量。

三、提高石灰改性黃土強度的措施

1、等級高、細度大的石灰

石灰等級越高(即CaO+MgO的含量越高)，石灰的細度越大，石灰和土的接觸面積越大，在同樣灰劑量下與土粒作用越充分，因而效果越好。采用生石灰穩定土的效果優于熟石灰。這是因為生石灰在灰土中消解可放出大量的熱能，加速灰土的硬化，而且剛消解的石灰呈膠狀氫氧化鈣，其活性和溶解度均較高，能保證石灰與土中膠粒更好的作用。

2、選擇適當的石灰劑量

石灰劑量較低時，石灰主要起穩定作用，使土的塑性、膨脹、吸水量、聚水量減小，土的密度、強度得到穩定。隨著劑量的增加，石灰土的強度和穩定性均提高。但當劑量超過一定范圍時，過多的石灰在土的空隙以自由灰的形式存在，會使石灰土的孔隙增大，強度下降。

3、保持一定的含水量

石灰土是一種水硬性材料，其強度形成需要一定的濕度。因此，在養生期間，除需要保持石灰土中水分不被散失之外，還應繼續補充適量的水分。

4、提高石灰土的密實度

實踐證明，石灰土的密實度每增減1%，強度約增減4%左右，而且密實的石灰抗凍性、水穩性很好，縮裂現象也很少出現。要提高石灰土的密實度就必須進行碾壓，碾壓應在最佳含水量時進行。

5、一定的齡期和養護條件

石灰改性黃土的強度存在明顯的齡期效應.早期強度較小，特別在含水量較大的情況下，相比重塑黃土，其早期強度沒有明顯優勢，因此在實際工程中要注意養護齡期和養護條件。

四、結論

1、在黃土中摻入石灰后，能有效地改善黃土的性質和結構，減少黃土的滲水性、壓縮性，可控制其濕陷性的發生，部分或全部消除濕陷性，從而提高黃土的強度。

2、要想得到較高的強度的灰土可以采取以下措施: 選擇等級高、細度大的石灰、適當的石灰劑量、保持一定的含水量、提高石灰土的密實度、一定的齡期和養護條件。

3、早期強度較小，但在工程應用中，一般采用的是石灰改性黃土的早期強度，把其后期強度作為一種長期的強度儲備來考慮。如何充分利用石灰土的后期強度是我們有待解決的問題。

參考文獻：

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