石灰改良紅黏土試驗研究

錢程

摘要：針對紅黏土液限高、塑性指數高的特點、收縮變形大、含水率高，文章采用不同摻量的石灰對紅黏土進行改良，并設計界限含水率試驗、擊實試驗及加州承載比（CBR）試驗，分析石灰改良紅黏土物理力學性質的變化規(guī)律。結果表明：隨著石灰摻量的增加，土體液限和塑性指數逐漸減小，塑限逐漸增加，當石灰摻量達到7%時，液限從55.3%下降到48.2%，塑限從29%增加到33.9%，塑性指數從26.3下降到14.3;最大干密度隨著石灰摻量增加逐漸減小，承載比隨著石灰摻量增加大幅度增加，石灰摻量達到7%時，最大干密度和承載比分別為1.65和34%，最終確定石灰的最佳摻量為7%。

關鍵詞：紅黏土;石灰改良;界限含水率;擊實特性;CBR

0 引言

紅黏土廣泛分布于我國南方地區(qū)，給工程建設帶來了很大的困擾[1][2]。隨著高液限土地區(qū)的工程建設項目逐漸增多，若對高液限土進行廢棄換填，將大幅增加工程成本。因此，為滿足公路路基填筑要求，需要對高液限土進行改良。

目前眾多學者對紅黏土的處置方案、物理化學特性和改良效果等方面做了很多研究和分析。盤霞等[3]采用石灰、水泥以及兩者按比例混合對紅黏土進行改良，通過大量室內試驗，得到石灰與水泥按比例混合改良紅黏土的效果介于兩者之間;李佳明等[4]利用納米石墨粉對紅黏土進行改良，通過大量室內試驗，對納米石墨粉改良紅黏土的物理力學特性進行了分析，并研究了其改良機理;黃娟[5]采用無側限抗壓強度試驗以及水敏性試驗，對粉煤灰改良紅黏土的強度以及含水量進行了研究，指出粉煤灰改良紅黏土的最佳摻量為10%;顏椿釗等[6]采用大量室內試驗，對廢棄輪胎橡膠顆粒改良紅黏土進行研究，分析了改良后紅黏土的力學性質的變化規(guī)律，得到輪胎橡膠顆粒最佳摻量為2%～4%。

本文采用石灰對紅黏土進行改良，通過界限含水率試驗、擊實試驗以及承載比（CBR）試驗分析改良后紅黏土力學性質的變化規(guī)律，確定石灰改良紅黏土的最佳摻量。

1 試驗土樣及改良材料

試驗所用紅黏土顆粒分析結果及其基本物理性質如表1、表2所示。所選石灰主要成分為CaO，占92.49%，顏色呈灰白色，具體化學成分見表3。

2 石灰改良紅黏土室內試驗研究

2.1 界限含水率試驗

界限含水率試驗參考《公路土工試驗規(guī)程》（G E40-2007），改良紅黏土試樣按照石灰配比（0%、3%、5%、7%、9%）分別制備，測定石灰改良紅黏土界限含水率，其試驗結果見表4和圖1。

由試驗結果可知，紅黏土液限和塑限分別為55.3%和29%，塑性指數為26.3，當石灰摻量達到7%時，塑性指數降到14.3，塑限值上升至34%，兩者變化曲線均呈階梯狀變化，液限值下降至48.2%，基本呈線性變化。當石灰摻量在0%～3%和7%～9%兩個區(qū)段時，塑限及塑性指數數值變化不大，曲線變動相對平緩。因此，選擇石灰對紅黏土進行改良時，石灰摻量應控制在7%左右。其主要原因是石灰摻入紅黏土后，首先反應生成的Ca（OH）2在水中解離出大量的Ca2+，將土顆粒表面的K+、Na+置換出來，土顆粒結合水膜變薄，土顆粒間的排斥能得到減弱，土顆粒親水性得到降低。同時，由于石灰與土體反應生成Ca（OH）2等膠結物質將紅黏土中松散土顆粒團聚成整體，孔隙數量下降，導致土體儲水能力下降，因此石灰改良紅黏土的液限及塑性指數出現下降[7]。

2.2 擊實試驗

擊實試驗參考《公路土工試驗規(guī)程》（G E40-2007），改良紅黏土試樣按照石灰配比（0%、3%、5%、7%、9%）分別制備，試驗分三層擊實，每層擊實數為98次，測定石灰改良紅黏土最佳含水率和最大干密度。試驗結果見表5和圖2。

圖2為不同石灰摻量的石灰改良土最佳含水率及最大干密度變化曲線。由圖2可知，摻入石灰后高液限土的擊實特性發(fā)生明顯變化，隨著石灰摻量的增加，最大干密度逐漸減小，最佳含水率逐漸增大。當石灰摻量達到7%時，石灰改良紅黏土土的最大干密度減小到1.65 g/cm3，對應的最佳含水率增加到21.7%。主要原因是石灰摻入紅黏土后，由于離子交換反應以及膠結作用，土顆粒表面的吸附水膜厚度減小，生成的Ca（OH）2等膠結物質使土顆粒產生團聚效果，紅黏土顆粒的排列以及孔隙的分布、大小都發(fā)生了改變，使土顆粒形成較為穩(wěn)定的整體，改變了土體的壓實性能[8]。

2.3 承載比試驗

承載比試驗參考《公路土工試驗規(guī)程》（G E40-2007），分別制備不同摻量（0%、3%、5%、7%、9%）的石灰改良紅黏土，含水率控制為各自最佳含水率，然后進行承載比試驗。試驗結果見表6和圖3。

由表6和圖3試驗結果可知，紅黏土承載比CBR結果并沒有達到施工規(guī)范的要求，僅為2.8，但隨著石灰摻量的增加，CBR值得到明顯的提高，當石灰摻量達到7%時，承載比CBR值為34，相比于素土提升了近10倍，當石灰摻量超過7%時，承載比CBR值增長緩慢，曲線逐漸平緩。

3 結語

（1）紅黏土液限和塑限分別為55.3%和29%，當石灰摻量為7%時，液限降低到48.2%，塑限上升至33.9%，塑性指數從26.3降低到14.3。摻入石灰對紅黏土塑性指數有了較大的改善。

（2）當石灰摻量為7%時，石灰改良紅黏土最佳含水量由19.6%增加到21.7%，最大干密度由1.70下降至1.65。承載比CBR值也隨著摻石灰摻量的增加而逐漸提升，石灰摻量為7%時CBR值達到了34，大幅度提高了土體的承載能力。

參考文獻：

[1]王林峰，田 耘，曾 彪，等.高液限紅黏土的壓實特性與路基填筑方案[J].材料導報，2019，33（10）：1 666-1 670.

[2]武寶軍，牛金貴.紅黏土路用性能試驗研究[J].公路，2018，63（10）：59-63.

[3]盤 霞，黃 強.石灰水泥改良紅黏土試驗研究[J].西部交通科技，2019（10）：4-6.

[4]李佳明，陳學軍，楊 越，等.納米石墨粉改良紅黏土試驗[J].河南科技大學學報（自然科學版），2019，40（5）：69-73，80.

[5]黃 娟.基于粉煤灰改良紅黏土路用試驗研究[J].粉煤灰綜合利用，2019（2），75-78.

[6]顏椿釗，張 雁，郭利勇.廢棄輪胎橡膠顆粒改良紅黏土強度試驗研究[J].內蒙古農業(yè)大學學報（自然科學版），2015（4）：114-117.

[7]劉 磊，董 薇，李秉宜.消石灰改良紅黏土室內試驗研究[J].人民珠江，2017，38（3）：25-28.

[8]曾 軍.石灰改良紅黏土的試驗研究[J].鐵道科學與工程學報，2016，13（7）：1 289-1 293.

作者簡介：錢 程（1995—），碩士研究生，研究方向：土質改良。