錢程
摘要:針對(duì)紅黏土液限高、塑性指數(shù)高的特點(diǎn)、收縮變形大、含水率高,文章采用不同摻量的石灰對(duì)紅黏土進(jìn)行改良,并設(shè)計(jì)界限含水率試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)及加州承載比(CBR)試驗(yàn),分析石灰改良紅黏土物理力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:隨著石灰摻量的增加,土體液限和塑性指數(shù)逐漸減小,塑限逐漸增加,當(dāng)石灰摻量達(dá)到7%時(shí),液限從55.3%下降到48.2%,塑限從29%增加到33.9%,塑性指數(shù)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(dá)到7%時(shí),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(guān)鍵詞:紅黏土;石灰改良;界限含水率;擊實(shí)特性;CBR
0 引言
紅黏土廣泛分布于我國(guó)南方地區(qū),給工程建設(shè)帶來了很大的困擾[1][2]。隨著高液限土地區(qū)的工程建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多,若對(duì)高液限土進(jìn)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(duì)高液限土進(jìn)行改良。
目前眾多學(xué)者對(duì)紅黏土的處置方案、物理化學(xué)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(duì)紅黏土進(jìn)行改良,通過大量室內(nèi)試驗(yàn),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(duì)紅黏土進(jìn)行改良,通過大量室內(nèi)試驗(yàn),對(duì)納米石墨粉改良紅黏土的物理力學(xué)特性進(jìn)行了分析,并研究了其改良機(jī)理;黃娟[5]采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)以及水敏性試驗(yàn),對(duì)粉煤灰改良紅黏土的強(qiáng)度以及含水量進(jìn)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(nèi)試驗(yàn),對(duì)廢棄輪胎橡膠顆粒改良紅黏土進(jìn)行研究,分析了改良后紅黏土的力學(xué)性質(zhì)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(duì)紅黏土進(jìn)行改良,通過界限含水率試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)以及承載比(CBR)試驗(yàn)分析改良后紅黏土力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律,確定石灰改良紅黏土的最佳摻量。
1 試驗(yàn)土樣及改良材料
試驗(yàn)所用紅黏土顆粒分析結(jié)果及其基本物理性質(zhì)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(xué)成分見表3。
2 石灰改良紅黏土室內(nèi)試驗(yàn)研究
2.1 界限含水率試驗(yàn)
界限含水率試驗(yàn)參考《公路土工試驗(yàn)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(cè)定石灰改良紅黏土界限含水率,其試驗(yàn)結(jié)果見表4和圖1。
由試驗(yàn)結(jié)果可知,紅黏土液限和塑限分別為55.3%和29%,塑性指數(shù)為26.3,當(dāng)石灰摻量達(dá)到7%時(shí),塑性指數(shù)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(dāng)石灰摻量在0%~3%和7%~9%兩個(gè)區(qū)段時(shí),塑限及塑性指數(shù)數(shù)值變化不大,曲線變動(dòng)相對(duì)平緩。因此,選擇石灰對(duì)紅黏土進(jìn)行改良時(shí),石灰摻量應(yīng)控制在7%左右。其主要原因是石灰摻入紅黏土后,首先反應(yīng)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(jié)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(shí),由于石灰與土體反應(yīng)生成Ca(OH)2等膠結(jié)物質(zhì)將紅黏土中松散土顆粒團(tuán)聚成整體,孔隙數(shù)量下降,導(dǎo)致土體儲(chǔ)水能力下降,因此石灰改良紅黏土的液限及塑性指數(shù)出現(xiàn)下降[7]。
2.2 擊實(shí)試驗(yàn)
擊實(shí)試驗(yàn)參考《公路土工試驗(yàn)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(yàn)分三層擊實(shí),每層擊實(shí)數(shù)為98次,測(cè)定石灰改良紅黏土最佳含水率和最大干密度。試驗(yàn)結(jié)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(shí)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(dāng)石灰摻量達(dá)到7%時(shí),石灰改良紅黏土土的最大干密度減小到1.65 g/cm3,對(duì)應(yīng)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(yīng)以及膠結(jié)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(jié)物質(zhì)使土顆粒產(chǎn)生團(tuán)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(shí)性能[8]。
2.3 承載比試驗(yàn)
承載比試驗(yàn)參考《公路土工試驗(yàn)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(jìn)行承載比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表6和圖3。
由表6和圖3試驗(yàn)結(jié)果可知,紅黏土承載比CBR結(jié)果并沒有達(dá)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(dāng)石灰摻量達(dá)到7%時(shí),承載比CBR值為34,相比于素土提升了近10倍,當(dāng)石灰摻量超過7%時(shí),承載比CBR值增長(zhǎng)緩慢,曲線逐漸平緩。
3 結(jié)語
(1)紅黏土液限和塑限分別為55.3%和29%,當(dāng)石灰摻量為7%時(shí),液限降低到48.2%,塑限上升至33.9%,塑性指數(shù)從26.3降低到14.3。摻入石灰對(duì)紅黏土塑性指數(shù)有了較大的改善。
(2)當(dāng)石灰摻量為7%時(shí),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(shí)CBR值達(dá)到了34,大幅度提高了土體的承載能力。
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作者簡(jiǎn)介:錢 程(1995—),碩士研究生,研究方向:土質(zhì)改良。