張東生

中建鐵投試驗(yàn)檢測(cè)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110000

膨脹土作為自然地質(zhì)中一種，自身具備多裂隙性與明顯的脹縮特性的特殊類型的黏土。粘土中所含有的礦物質(zhì)成分，主要是以具有強(qiáng)親水性的蒙脫石與伊利石等結(jié)構(gòu)所組成。不僅具有較強(qiáng)的吸水膨脹性，失水收縮硬裂性也較為明顯，且在工程操作中還可能會(huì)發(fā)生膨脹變形。

1 石灰改良膨脹土工程現(xiàn)狀

混凝土路堤在經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的暴雨沖刷后，路提體積會(huì)產(chǎn)生較為明顯的膨脹，地面表層也會(huì)形成較厚的蓬松層。如果是春秋較為干燥的季節(jié)，土地表層還會(huì)出現(xiàn)大量的裂痕。如果雨水經(jīng)過(guò)裂痕縫隙中融入到地下土體后，會(huì)使土體變得更加松軟，從而導(dǎo)致路堤承受能力有所下降。石灰改良膨脹土路堤主要是指經(jīng)過(guò)石灰處理的非飽和土，其相關(guān)脹縮性與裂隙性都與膨脹土路堤有一定差距。因?yàn)槭腋牧寂蛎浲谅返套陨砭邆涞膬?yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用我國(guó)鐵路與高速公路路堤的工程建設(shè)中。盡管研究表明石灰改良膨脹土的工程特性與并未加入石灰改良膨脹土的路堤結(jié)構(gòu)性質(zhì)相比較來(lái)看，其變化浮動(dòng)較為明顯。但在不斷進(jìn)行干濕循環(huán)的基礎(chǔ)上，也會(huì)呈現(xiàn)較為明顯的改良效果[1]。相關(guān)工作人員根據(jù)干濕循環(huán)對(duì)石灰改良粘質(zhì)土的變化特征進(jìn)行詳細(xì)的探索，并對(duì)膨脹土的高塑性欲膨脹力進(jìn)行分析檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)加入石灰的改良土經(jīng)過(guò)相應(yīng)的科學(xué)檢測(cè)與匹配后進(jìn)行相同比例規(guī)格的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告顯示來(lái)看，當(dāng)石灰改良后的膨脹土在進(jìn)行干濕循環(huán)作用的前提下。石灰穩(wěn)定膨脹土原本的控制膨脹效果就會(huì)有所減弱，相應(yīng)的改良效果也會(huì)受到影響，在浸水壓力作用下，也會(huì)使原本明顯特征遭受侵襲[2]。

2 石灰改良膨脹土的作用機(jī)理

石灰本就是一種硬性膠凝材料，能夠與粘土礦物中的活性鋁與硅礦物等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生火山灰反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，形成具有硅酸鈣與鋁酸鈣等膠狀物質(zhì)，并將其廣泛應(yīng)用于我國(guó)地基、路基與鐵路等相關(guān)工程建設(shè)中?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜乙呀?jīng)對(duì)石灰改良膨脹土進(jìn)行詳細(xì)的探索。研究表明，石灰能夠與膨脹土產(chǎn)生較為明顯的物理化學(xué)反應(yīng)。將兩者融合在一起，所生成的物質(zhì)也對(duì)土體的力學(xué)性能有所影響，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)工程質(zhì)量保障[3]。

2.1 離子交換反應(yīng)

膨脹土中所存在的膨脹性礦物是膨脹土發(fā)生膨脹的關(guān)鍵因素。因?yàn)樵陟o電力的作用下，膨脹土表面所帶有的負(fù)電荷粘土顆粒會(huì)吸引大量的水化陽(yáng)離子。以此使膨脹的顆粒中有明顯的吸著水膜其厚度所發(fā)生的變化。也能夠?qū)ε蛎浲恋奈锢韺W(xué)特征產(chǎn)生較為明顯的影響。因?yàn)殡p電子層厚度與空氣中的陽(yáng)離子將成為反比例。所以在膨脹土中摻入石灰，能夠從根本上降低膨脹土的吸著水厚度，以此控制膨脹土的膨脹性[4]。

2.2 膠結(jié)作用

石灰作為無(wú)機(jī)性膠凝材料，在高堿性作用下，如果將石灰摻入到膨脹土中，會(huì)使土體強(qiáng)度發(fā)生變化，且火山灰反應(yīng)能夠生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣。此外，由于膠凝材料本身具有水硬性特征，能夠在水中逐漸硬化。在土體養(yǎng)護(hù)時(shí)間的持續(xù)延長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，石灰改良土的強(qiáng)度與水穩(wěn)性也會(huì)發(fā)生明顯變化。

2.3 碳化作用

并未在土中發(fā)生反應(yīng)的石灰，在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)與空氣中的CO2生成碳酸鈣，但化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生需要在有水的前提下才能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭遗c空氣中的CO2接觸有限，所以碳化作用的形成需要較長(zhǎng)時(shí)間。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)所生成的碳酸鈣為結(jié)晶體，能夠?qū)ε蛎浲廉a(chǎn)生膠結(jié)作用。

2.4 硬凝反應(yīng)

將石灰融于膨脹土中，在一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生物理與化學(xué)反應(yīng)，石灰改良土可能會(huì)以團(tuán)聚形式展現(xiàn)，還會(huì)產(chǎn)生膠凝物，形成膠凝團(tuán)聚結(jié)構(gòu)。在養(yǎng)護(hù)期限不斷延長(zhǎng)的前提下，土體中會(huì)產(chǎn)生棒狀與纖維狀結(jié)晶出現(xiàn)，表現(xiàn)為網(wǎng)狀結(jié)晶體結(jié)構(gòu)。此外，膠凝結(jié)構(gòu)也會(huì)不斷加厚，強(qiáng)化石灰改良土的穩(wěn)定性。

3 試驗(yàn)方案

3.1 物理性能試驗(yàn)

石灰改良膨脹土為建設(shè)鐵路路基的主要材料，其中包含大量起關(guān)鍵作用的參數(shù)，例如自由膨脹率、界限含水率和擊實(shí)性能等。所以，需要對(duì)不同石灰摻量的膨脹土試樣進(jìn)行物理性能試驗(yàn)，以保證建筑工程質(zhì)量安全。

3.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

抗剪強(qiáng)度作為膨脹土力學(xué)性能參數(shù)中的關(guān)鍵因素。所以，試驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同石灰摻量、不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間進(jìn)行探究，總結(jié)對(duì)石灰改良膨脹土抗剪強(qiáng)度的影響。

3.3 水穩(wěn)性試驗(yàn)

在工程建設(shè)中，通常引發(fā)膨脹土工程性質(zhì)劣化災(zāi)變問(wèn)題的關(guān)鍵因素與自然環(huán)境中的水有直接聯(lián)系，特別是在干濕交替頻繁的大氣環(huán)境下，會(huì)使膨脹土體中水分發(fā)生遷移，導(dǎo)致土體產(chǎn)生濕脹干縮與裂紋。

4 結(jié)語(yǔ)

石灰能夠改變膨脹土的物理性能，由于石灰摻量在不斷發(fā)生變化，所以石灰改良膨脹土的自由膨脹率、塑性指數(shù)等都發(fā)生了差異變化。但塑限含水率與最優(yōu)含水率卻得到了增加，從而滿足了作為一般路用高液限黏土材料質(zhì)量需求。在石灰摻量不斷增加的前提下，石灰改良膨脹土的水穩(wěn)性得到明顯上升，主要表現(xiàn)為脹縮性與裂隙性減弱等。