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        水泥穩(wěn)定土與石灰穩(wěn)定土路基應(yīng)用特征簡(jiǎn)述

        2021-12-31 05:46:34王培賀
        治淮 2021年12期
        關(guān)鍵詞:土料粘性石灰

        郭 義 王培賀

        一、前言

        隨著我國(guó)綜合國(guó)力不斷增強(qiáng),國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入不斷增大,道路交通網(wǎng)四通八達(dá),不僅方便了人民的出行也為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。道路工程建設(shè)質(zhì)量關(guān)系到國(guó)家、社會(huì)、人民的切身利益,作為工程建設(shè)者,要不斷強(qiáng)化施工管理,探索應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備,將科技進(jìn)步發(fā)展與道路建設(shè)相結(jié)合,不斷提升道路工程建設(shè)質(zhì)量。路基作為道路結(jié)構(gòu)層中主要的承載結(jié)構(gòu)層應(yīng)具有足夠的堅(jiān)固性、穩(wěn)定性和耐久性,路基質(zhì)量決定了整個(gè)道路工程的成敗,影響到交通與行人的人身安全,同時(shí)合理的路基可以大大降低后期道路維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)不同土質(zhì)類別、施工環(huán)境選擇合適的穩(wěn)定土作為路基材料是路基施工的必要條件,由此可見,掌握不同類型穩(wěn)定土特性及應(yīng)用對(duì)路基施工尤為重要。本文結(jié)合南四湖二級(jí)壩土壩壩頂?shù)缆肥┕そ?jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)述水泥穩(wěn)定土路基和石灰穩(wěn)定土路基的特征與施工應(yīng)用。

        二、穩(wěn)定土路基分類

        在平原地區(qū)路基類型主要是土基,根據(jù)道路設(shè)計(jì)等級(jí)不同,對(duì)路基填料最小強(qiáng)度(CBR)和最大粒徑要求也不同。通?,F(xiàn)場(chǎng)素土填方及挖方路基填料最小強(qiáng)度(CBR)難以滿足道路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求(見表1),現(xiàn)階段道路路基設(shè)計(jì)通常做法是開挖原狀土后回填穩(wěn)定土滿足路基強(qiáng)度要求,穩(wěn)定土是在粉碎的或原來松散的土中摻入石灰、水泥、工業(yè)廢渣等其他材料,經(jīng)拌和、壓實(shí)、養(yǎng)護(hù)后,得到的具有較高后期強(qiáng)度、整體性和穩(wěn)定性均較好的一種材料。根據(jù)適用范圍不同,穩(wěn)定土類型大致分為:水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土、石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土和綜合穩(wěn)定土,下文主要對(duì)比分析水泥穩(wěn)定土與石灰穩(wěn)定土。

        表1 路床最小承載比要求表

        三、原材料要求

        (一)水泥穩(wěn)定土原材料要求

        水泥穩(wěn)定土可選用普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥,但應(yīng)優(yōu)先選用終凝時(shí)間較長(zhǎng)的水泥,并宜用強(qiáng)度等級(jí)較低的水泥。水泥穩(wěn)定土對(duì)土料選用要求較高,用作施工的土料應(yīng)能充分被路拌機(jī)粉碎,水泥穩(wěn)定土用作基層和底基層時(shí)集料最大粒徑分別不超過31.5mm 和37.5mm,所以優(yōu)選中細(xì)粒非粘性土作為水泥穩(wěn)定土的土料。如果用作水泥穩(wěn)定土的土料中有機(jī)質(zhì)含量超過2%,還必須先用石灰處理,悶料一夜,再用水泥穩(wěn)定。此外硫酸鹽含量超過0.25%的土,不宜用作水泥穩(wěn)定土土料。

        (二)石灰穩(wěn)定土原材料要求

        石灰是由石灰石、白云石、方解石等原材料燃燒而得。當(dāng)氧化鎂含量超過5%時(shí),即稱鎂石灰;反之,稱鈣石灰。在施工石灰穩(wěn)定土?xí)r,只要能滿足石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度要求標(biāo)準(zhǔn)時(shí),均可作為原料使用。使用石灰時(shí)通常生石灰加水,使之消解為消石灰,并過篩后方可使用。生石灰粉為磨細(xì)生石灰,使用時(shí)不需要消解,但拌入土中后,需等2~3h 再進(jìn)行碾壓。石灰穩(wěn)定土土料選用應(yīng)控制土料塑性指數(shù)在10~20 的粘性土以及含有一定數(shù)量粘性土的中粒土和細(xì)粒土,用石灰穩(wěn)定不含粘性土或塑性指數(shù)較低的土?xí)r,應(yīng)添加適量粘性土。用石灰穩(wěn)定塑性指數(shù)偏大的粘性土宜采用悶料工藝;當(dāng)塑性指數(shù)在10 以下的亞砂土用石灰穩(wěn)定時(shí),不僅石灰摻量要多,也難于碾壓成形,應(yīng)采取適當(dāng)施工措施或采用水泥穩(wěn)定,硫酸鹽含量超過0.8%和有機(jī)質(zhì)含量超過10%的土不宜選用。

        (三)反應(yīng)機(jī)理及強(qiáng)度特點(diǎn)

        1.水泥穩(wěn)定土的反應(yīng)機(jī)理及強(qiáng)度特點(diǎn)

        水泥穩(wěn)定土是用水泥做結(jié)合料所得混合料的一個(gè)廣義名稱,即在土壤或基層材料中,摻以一定數(shù)量的水泥,經(jīng)混合加水壓實(shí),使其達(dá)到穩(wěn)固的結(jié)合,以提高其力學(xué)強(qiáng)度和耐水性。加入土料中的水泥遇水后發(fā)生水解和水化作用,其物理和化學(xué)反應(yīng)后材料強(qiáng)度得到提高。當(dāng)水泥、水、集料拌和后,水泥的主要礦物成分:硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鋁酸四鈣、硫酸鈣等與水進(jìn)行水解和水化反應(yīng)同時(shí)分解氫氧化鈣,并形成水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物,并隨時(shí)間不斷硬化,塑性不斷降低,形成堅(jiān)固的水泥石狀結(jié)構(gòu)。其中,水泥中水化物游離的氫氧化鈣與水生成碳酸鈣,這種碳酸化作用是水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度增長(zhǎng)的主要機(jī)理作用。

        水泥穩(wěn)定土具有早期強(qiáng)度高,短時(shí)間內(nèi)(一般5~7d)可獲得較高的強(qiáng)度,并且強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng),穩(wěn)定性較好。結(jié)構(gòu)本身具有一定的通透性,受水分影響較小,具有良好的力學(xué)性能和板體性。但是現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)水泥水化反應(yīng)時(shí)間較短,攤鋪、碾壓只能在水泥終凝前完成,水泥終凝后除灑水養(yǎng)護(hù)車輛外禁止任何車輛通行。由此可見,掌握水泥穩(wěn)定土施工時(shí)間要求對(duì)工程質(zhì)量好壞起決定性作用。

        2.石灰穩(wěn)定土的反應(yīng)機(jī)理及強(qiáng)度特點(diǎn)

        石灰穩(wěn)定土由粉碎的土摻入石灰和水,經(jīng)過均勻拌和之后,石灰與土之間發(fā)生反應(yīng),石灰穩(wěn)定土中的火山灰反應(yīng)是土中活性硅、鋁物質(zhì)與石灰提供的游離鈣之間的化學(xué)反應(yīng)。由于反應(yīng)過程中離子交換的作用,很大程度上土的吸附水膜作用,使土顆粒凝結(jié),形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu),進(jìn)而降低了土的塑性指數(shù),石灰穩(wěn)定土的最大含水量也隨著石灰劑量的增加而不斷增加,同時(shí),最大干密度則會(huì)隨著石灰劑量的增加而減少,石灰的摻入能夠有效地提高土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和整體強(qiáng)度。

        石灰穩(wěn)定土具有較好的力學(xué)性能,初期的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性較差,后期強(qiáng)度和水穩(wěn)定性則較高(最高能達(dá)到4~5MPa))。相關(guān)實(shí)踐證明,強(qiáng)度形成較好的石灰穩(wěn)定土,同時(shí)具有較高的抗壓和抗拉強(qiáng)度,板體性較好,具有較大的剛性和荷載分布能力。石灰穩(wěn)定土施工期宜選在春季或者夏季施工,并且對(duì)于含水量較大的土料可以通過物理反應(yīng)放熱快速降低土料含水量。此外,石灰穩(wěn)定土最大的特點(diǎn)是從拌和到壓實(shí)的延遲時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)石灰穩(wěn)定土密度和強(qiáng)度影響較小,因此,施工過程中混合料經(jīng)歷雨淋或者被擾動(dòng)后經(jīng)晾曬后重新整形壓實(shí)還可獲得較高的強(qiáng)度。

        四、優(yōu)缺點(diǎn)分析

        (一)水泥穩(wěn)定土優(yōu)缺點(diǎn)分析

        1.優(yōu)點(diǎn)

        (1)改良土料塑性,增加土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,水泥摻入塑性土中能大大降低土的塑性,水泥穩(wěn)定土的齡期越長(zhǎng),其塑性指數(shù)越小。

        (2)可大大增加土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,隨著水泥用量的增加,穩(wěn)定土的強(qiáng)度越高,穩(wěn)定性越好。

        (3)水泥原料直接用于混合料的摻和施工,大大縮短了施工周期,施工可采用路拌法也可集中廠拌,便于施工,有利于節(jié)約工期和節(jié)約施工成本。

        (4)水泥穩(wěn)定土適用范圍較廣,除水泥穩(wěn)定細(xì)粒土外,其余水泥穩(wěn)定土可適用于各級(jí)公路的基層和底基層。

        2.缺點(diǎn)

        (1)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍不大,抗拉強(qiáng)度較低。

        (2)對(duì)土料質(zhì)量要求較高,需要塑性指數(shù)較高和土料粒徑較小的土料,并且施工中對(duì)土料含水量較敏感,當(dāng)施工期雨水較多或含水量較大時(shí),水泥吸水性較差且遇水易軟化無法快速降低土料含水量,影響施工工期。

        (3)水穩(wěn)性和冰凍性適應(yīng)能力較差,在低溫季節(jié)施工受環(huán)境因素影響較大。

        (二)石灰穩(wěn)定土優(yōu)缺點(diǎn)分析

        1.優(yōu)點(diǎn)

        (1)石灰穩(wěn)定如具有良好的板體性,對(duì)土料含水量適應(yīng)性能力較強(qiáng),對(duì)于含水量較大的土料,在石灰反應(yīng)時(shí)能迅速降低土料含水量。

        (2)石灰穩(wěn)定土對(duì)粘性土成團(tuán)顆粒較大情況具有改良土料條件的作用,經(jīng)石灰反應(yīng)后粘性土土壤易打碎,大大提升了現(xiàn)場(chǎng)路拌機(jī)的工作效率,為粘性土均勻拌和提供了條件。

        2.缺點(diǎn)

        干縮和溫縮變形十分明顯,容易導(dǎo)致道路基層開裂影響整體性。

        石灰施工前要進(jìn)行消解,對(duì)周邊環(huán)境有一定影響,在當(dāng)前環(huán)保形勢(shì)下,施工環(huán)保措施難以保證。

        石灰消解需要時(shí)間,不利于節(jié)約工期,此外石灰消解不充分極易發(fā)生土體起包隆起現(xiàn)象,影響施工質(zhì)量。

        五、結(jié)束語

        水泥、石灰穩(wěn)定土是道路施工中路基換填、提高路基承載力最常用的水穩(wěn)土材料,工程建設(shè)者應(yīng)通過自身經(jīng)驗(yàn)結(jié)合工程所在地氣候環(huán)境和工程地質(zhì),因地制宜選擇合適的水穩(wěn)原材料,為道路工程的施工質(zhì)量打下堅(jiān)若磐石的基礎(chǔ)。同時(shí)應(yīng)不斷加強(qiáng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)、加強(qiáng)建設(shè)管理水平,爭(zhēng)創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程,樹立良好企業(yè)形象■

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