石灰基材料对生土改性效果及机制研究
石灰改良土原理与施工质量控制
石灰改良土原理与施工质量控制在沿江、沿河地区修建高速公路，土源往往严重缺乏。
在无理想的土源时，过湿土甚至中等膨胀性的土有时也可能作为路基填料来使用，这时就要利用石灰来改良，利用石灰在土中的化学反应，使得土壤板结，使土呈碱性、砂性。
改良土有利于施工、水稳性好、强度大等特点。
石灰土路基整体性好、承载力高、变形小，是一种理想的公路底基层和路基土质改良的优良材料。
本文主要针对石灰改良土的原理与质量控制进行探讨，并提出相应的处理措施，希望能够对相关人士给予帮助。
标签：石灰改良土；原理；质量控制；一、石灰改良土的原理1、石灰土路基是由石灰拌合土分层填筑而成，石灰与土中的矿物发生反应，生成硅酸钙和硅酸铝，土中的部分水分子和反应生成的水分子化为结晶水被吸入它们的结晶骨架中，硅酸钙和硅酸铝是一种水稳性良好的胶结材料，具有水硬性的胶凝材料性质，土粒表面化学反应生成的硅酸钙和硅酸铝可以将未反应的内部土粒包裹并与相邻土粒胶合成一个整体，这是石灰土强度形成的最主要原因。
2、石灰土强度的形成需要时间。
石灰与土的化学反应、碳酸化作用和结晶作用均需要一定的时间，所以，石灰土的强度具有随着龄期增长的特点，28天后强度基本趋于稳定。
3、石灰在与土的化学反映过程中，需要水分子存在参与结晶等化学反映，一定的含水量是形成石灰土强度的必备条件。
在夏天气温较高时，石灰土表水份及易蒸发，形成干石灰与土，无法化学反映产生强度，因此必须适当洒水保持养生，但不可过多，以最佳含水量为度。
4、有人说土的粒度和粘性对石灰土的强度有影响，但我在实际施工中发现，前期粘土强度发展较砂性土快，但后期最終强度不相上下，这是由于粘性土粒度细，（塑性指数>12）比表面积大，所以前期反应快，而砂性土（塑性指数只有6-8）由于颗料大，比表面积小，所以反应相对没有粘性土大，但随着时间的推移，最后强度是不相上下的。
说到土质对石灰土的影响主要有，硫酸盐类含量超过8%或有机质含量超过10%的土，由于其PH值较小，影响石灰的碱性发挥，导致强度形成不足，所以这些土不宜做石灰土。
石灰对土壤重金属污染修复研究进展
石灰对土壤重金属污染修复研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重，对生态环境和人类健康造成了巨大的威胁。
石灰作为一种常见的碱性物质，在土壤重金属污染修复中展现出了广阔的应用前景。
本文旨在对石灰对土壤重金属污染修复的研究进展进行全面的综述，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
本文首先介绍了土壤重金属污染的来源、危害及修复的重要性，阐述了石灰在土壤重金属污染修复中的基本原理和作用机制。
随后，文章从石灰的种类和性质、石灰修复土壤重金属污染的机理、影响因素、修复效果评估等方面进行了详细的论述。
文章还总结了石灰修复土壤重金属污染的主要应用领域及存在的问题，并展望了未来的研究方向。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面、系统的了解石灰在土壤重金属污染修复中应用的平台，以促进该领域的研究和发展，为环境保护和可持续发展做出贡献。
二、土壤重金属污染及其影响随着工业化和城市化的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重，对人类健康和生态环境构成了巨大威胁。
重金属如铅（Pb）、汞（Hg）、铬（Cr）、镉（Cd）等，不易被生物降解，能在土壤中积累并通过食物链进入人体，造成长期慢性毒害。
这些重金属不仅影响土壤肥力和农作物的产量，还会通过食物链进入人体，对人类的神经系统、消化系统、免疫系统等造成损害。
土壤重金属污染的主要来源包括工业废水排放、农药和化肥的滥用、城市垃圾的不合理处理等。
这些行为导致重金属在土壤中不断积累，超出了土壤的自净能力，造成土壤污染。
大气沉降和雨水淋洗也是重金属进入土壤的重要途径。
重金属对土壤生态系统的影响是多方面的。
重金属会破坏土壤的结构和肥力，降低土壤的保水保肥能力。
重金属会影响土壤中微生物的生存和活动，破坏土壤的生物多样性。
重金属还会影响土壤中的植物生长，抑制植物对营养元素的吸收和利用，导致植物生长迟缓、产量下降。
因此，对土壤重金属污染进行修复和治理具有重要意义。
浅谈石灰改良土对路基弯沉值的影响
浅谈石灰改良土对路基弯沉值的影响
石灰是一种广泛应用于路基加固中的常见材料。
石灰改良土是指将石灰与土壤混合，通过化学反应和物理作用改善土壤的工程性能，进而提高路基的承载力和稳定性。
本文旨在探讨石灰改良土对路基弯沉值的影响。
一是提高路基的强度和稳定性。
由于石灰可以与土壤中的粘土矿物发生化学反应，形成新的矿物质，从而改善土壤的物理性质和力学性能。
石灰改良土可以提高土壤的抗剪强度和抗压强度，使路基具备更好的承载能力和稳定性，从而减小弯沉值的发生。
二是促进土壤固结和减小路基的压缩性。
石灰可以通过水化反应迅速产生大量的Ca2+离子和OH-离子，这些离子会与土壤中的粘土矿物发生作用，从而形成新的钙镁离子矿物质。
这些新的矿物质可以填充土壤微孔隙和毛孔隙，减小土壤的孔隙度和渗透性，从而促进土壤的固结和减小路基的压缩性。
这对于减小路基的弯沉值有着显著的影响。
三是改善土壤的水稳定性和耐久性。
石灰可以促进土壤颗粒之间的结合和胶结作用，从而形成更加结实的土体结构。
这样可以提高路基的抗水性能和耐久性，防止路基在潮湿环境下发生软化和变形，从而减小路基的弯沉值。
综上所述，石灰改良土对路基弯沉值的影响是显著的。
石灰改良土可以提高路基的强度和稳定性、促进土壤固结和减小路基的压缩性、改善土壤的水稳定性和耐久性等方面发挥重要作用。
因此，在路基工程中，采用石灰改良土的方式进行路基加固是一种值得推广的方法和技术。
浅析石灰改良在路基施工中的应用
Ｌ ｏ Ｗ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ｏ Ｎ Ｗ ｏ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ｏ ｌ ５ ， ４
浅析石灰 改 良在路 基施 工 中的应 用
陈小洪 （ 四 川公 路桥梁建设集团公司公 路隧 道分公司， 四 川 成都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
【 摘 要 】 在路基 施工中难免遇到一些有不 良土质分布 的地段 ， 膨胀 土就是其中一个例子 ， 它会给工程 带来眼中 的破坏性 ， 尤其是会破坏 公路
（ ９ ） 对 涂 料 厂 表 层 已经 风 干 晾 晒 来 在 完 成 第 一 次 的 铲 运 后 所 产 生 的 电话 吸 附 钙 离子 采 取 得 平衡 们 从 而 产 生 所 需 要 的 和 搅 拌 之 后 ， 测定 掺 加 灰 土 的 天 然含 水 量是 多 少 ； 环 境 与 这 一 化 学 反 应 同时 进 行 的 另一 个 化 学作 用是 氢氧 化 （ １ Ｏ ） 对每 一堆灰土进 行二次搅拌 ， 用 装 载 机 把 堆 拌 场 的 钙 的硬 化 。 经 过 了 以上 的 综合 化 学作 用之 后 ， 膨胀 土 的微 结 构 掺 了石 灰 的 土 翻 堆 到 另 一 处 ．每 一 块 土 块 破 碎 的 粒 径 不 能 大
性 的 环 境 ．在 这 样 的环 境 下 可 以 产 生 氢 氧化 钙 铝 改 变 膨 胀 土
（ ４） 把 计 算 出来 的足 量 的 生 石 灰 以 人 Ｘ － 的 方 式 洒 在 堆 土
包 的表 层 ． 尽 可 能 的撒 均 匀 ： （ ５ ） 再 一 用 堆 土机 铲运 第 一 次 没 有 铲 运 的 涂料 层 ， 运 至堆 拌场 ． 并 倒 在 已经 拌 过 石 灰 的堆 土 包上 ； （ ６ ） 计 算 第二 次 需要 掺 加 的 生 石 灰 的 量 ； （ ７ ） 将 足 量 的 石 灰 量 以人 工 的 方 式 均 匀 的撒 在 堆 土 包 的 表层 ：
石灰改良膨胀土物理力学研究综述
石灰改良膨胀土物理力学研究综述发表时间：2020-08-13T10:29:49.690Z 来源：《城镇建设》2020年第12期作者：庞赞龙李静[导读] 对石灰改良膨胀土机理、物理力学性质的研究现状进行了综述摘要:对石灰改良膨胀土机理、物理力学性质的研究现状进行了综述，总结出石灰改良后膨胀土的物理力学特性明显改善,胀缩性降低或消除，收缩变形减少，强度增强，压缩性降低；影响石灰改良效果的主要因素为:灰剂量、龄期、含水率、养护条件等。
并指出了需要进一步开展研究的问题。
关键词:石灰改良膨胀土；物理力学特性；改良效果；影响因素1 前言膨胀土在我国分布广泛，在一些地方，由于缺少可直接用于路基的筑路材料，被迫利用当地的膨胀土来填筑路基，而膨胀土具有吸水膨胀和失水收缩的不良特性，如果处理不当，路基将会出现膨胀变形，导致路面发生破坏，威胁到道路的安全运营。
因此，膨胀土如用作路基填筑填料，必须经过改良处治。
利用石灰进行改良是应用较多的膨胀土改良方法之一，掺入石灰后膨胀土的物理力学特性明显改善，可以达到路基填筑的要求。
目前许多学者对石灰改良膨胀土的物理力学性质进行了研究，并取得了一定的成果。
2石灰改良膨胀土物理力学研究膨胀土具有吸水后膨胀、软化，强度降低；失水后收缩、开裂等工程特性。
《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)提出了以自由膨胀率为膨胀土的初判指标，以标准吸湿含水率为详判分级指标，膨胀土用作路基填料时应以击实膨胀土的胀缩总率作为分类指标。
同时规定，当采用弱、中等膨胀土作为填料时，应进行掺无机结合料处理，处置后的膨胀总率不得超过0.7%。
可见，路用石灰改良膨胀土的改良效果应重点研究改良土的自由膨胀、标准吸湿含水率、胀缩总率以及强度等。
当前国内针对石灰改良膨胀土物理力学性质的研究主要包括改良土的胀缩性、强度及其他物理性质研究。
2.1 石灰改良膨胀土胀缩性研究膨胀土吸水后膨胀失水后收缩，产生的胀缩变形较大，可能对工程结构物造成的较大的危害。
石灰改良土研究报告
石灰改良土报告山西中南部铁路通道是一级重载铁路，所承建区域段位于太行山脉上，该地区含有大量粘性土，其中软土地基较广。
铁路沿线土资源较为丰富，但要作为路基填料，其力学性质较差。
因此，必须对路基填料进行改良。
而无侧限抗压强度是改良土最重要的强度指标之一，通常用来作为评价改良土性能的关键性指标。
测定改良土的无侧限强度时参照（JTG E51-2009）来进行，在标准养护条件下进行养生，养生期是7d，最后一天浸水。
经浸水后测定其无侧限抗压强度。
粘性土掺石灰属于稳定性材料，其结果较准确的反映了研究对象的强度特性。
石灰改良土的基础性能，是通过界限含水率试验、重型击实试验，研究了在相同养护条件，对不同石灰掺入量的改良土的最大干密度、最优含水率的影响。
1、试验目的及方案对石灰改良土进行了大量的室内试验研究，包括物理性质试验、湿限性试验、强度试验，其中物理试验是为了确定出石灰改良土的基本物理指标，分析其物理特性，为强度试验提供一定的设计参数；湿限性试验是为了分析其湿限程度，是否具有湿限性；强度试验是为了研究影响石灰改良土强度的敏感因素，并确定出合理的石灰掺合比。
物理性质试验和强度试验是对掺5%~8%的石灰改良土来进行，试样的石灰掺合比a w=5%，6%，7%，8%；其压实系数为0.93，地基系数为100MPa/m；2、结果与分析粘性土的物理性质由距离铁路沿线最近取土场取土样，经细筛分析为细粒土，天然含水率为18.7%，液限为38.9%，塑限为20.9%，定名为低液限黏土，最大干密度为1.81g/cm3,最优含水率为14.8%。
石灰改良土的物理性质由重型击实试验得出不同石灰剂量的试验结果如下表：根据压实系数0.93，设计强度0.35MPa,由不同石灰剂量，经试验得出的无侧限抗压强度如下表：由上表所得，在石灰剂量为6%时，既能满足设计要求，又可以达到经济效果。
3、现场施工准备a、材料准备采用Ⅲ级以上的生石灰，在使用前7天集中进行消解，石灰的存放、消解、使用都在搭设好的厂房内作业，可以避免日晒雨淋。
例谈石灰改良膨胀土实验
例谈石灰改良膨胀土实验1.研究目的和意义膨胀土是在自然地质过程中形成的一种高塑性粘土，具有显著的胀缩性、多裂隙性和超固结性，粘粒成分主要是由强亲水性的蒙脱石和伊利石组成。
膨胀土的这种遇水膨胀、失水收缩的特性，以及由于这种干湿循环产生的裂隙，对其上的建筑物特别是轻型建筑物、道路、堤防等都有嚴重的破坏作用，其对建筑物产生的长期破坏作用很容易被忽视，导致工程事故的发生。
目前，膨胀土的处理大致有以下几种方法：换土法、湿度控制法、化学固化法、加筋法、桩基法等。
膨胀土问题已是我国工程地质学、土质学、土力学及基础工程等学界所关注的一大问题。
我国跨流域调水项目—南水北调工程的启动，使膨胀土成为中线和东线的主要问题之一。
2.工程背景介绍南水北调东线工程地形以黄河为脊背向南北倾斜，引水口比黄河处地面低40余米。
从长江调水到黄河南岸需设13个梯级抽水泵站，总扬程65m，穿过黄河可自流到天津。
在这些泵站中，有三处泵站地处江苏段膨胀土地区，需要对当地的膨胀土进行处理后才能使用。
试验用土取自当地施工现场，天然土体中混有坚硬的礓石，试验时将其从土中挑拣出来。
按照水利部《土工试验规程》[1]测定土样的基本物理力学性状，土体的天然含水率为25～32%。
3.最小灰剂量选择用石灰改良膨胀土，要做到既消除或减小膨胀土的一些不良特性，又不造成浪费，就存在一个最小灰剂量。
本文通过分别向素膨胀土中掺质量比为2%、3%、5%的石灰，模拟现场条件，通过自由膨胀率、界限含水率和膨胀率来确定最小灰剂量。
3.1 不同灰剂量掺灰土的击实特性图1为不同灰剂量改良土的轻型击实曲线，由图中可见：随着灰剂量的增加，石灰改良土的最大干密度逐渐减小，最优含水率逐渐增大。
且石灰改良土的击实曲线明显比素土的即击实曲线平缓，即石灰改良土的含水率在较大范围内可以压实到工程需要的压实度。
3.2不同灰剂量掺灰土的稠度特性本文取养护不同时间的试样进行稠度试验。
试验结果见图2所示，在膨胀土中掺入石灰以后，可以有效地降低膨胀土的塑性指数。
浅谈石灰改良弱膨胀土路基的施工方法及病害防治
浅谈石灰改良弱膨胀土路基的施工方法及病害防治1.引言介绍石灰改良弱膨胀土路基的意义和背景，以及文章的主要内容。
2.石灰改良弱膨胀土路基施工方法（1）调查勘测：确定路基的类型、性质以及施工条件。
（2）材料准备：准备石灰、水、石头等需要的材料。
（3）施工前的处理：对路基进行平整和压实，以便于后期处理。
（4）石灰的拌合和覆盖：将石灰与水进行拌合，再覆盖在路基上。
（5）处理路基表面：进行压实和养护，控制路基的温度和湿度。
3.石灰改良弱膨胀土路基病害的防治（1）采取科学合理的施工措施，防止施工过程中出现的病害。
（2）对施工过程中出现的病害要及时处理，避免其对路基施工造成不利影响。
（3）对路基的安全运营及时进行维护和检修，以延长其使用寿命。
4.石灰改良弱膨胀土路基的施工技术注意点（1）掌握石灰的用量和掺杂顺序，保证石灰的充分反应。
（2）注意保护环境和处理施工中出现的渗漏问题。
（3）加强监测，及时发现并处理施工中出现的问题。
5.结论总结石灰改良弱膨胀土路基施工方法及病害防治的相关知识，提出改进和完善的建议，为相关工程建设提供技术支持。
一、引言在道路建设中，路基是道路结构体系中的重要部分。
路基作为车行道、人行道和其他交通设施的基础，直接关系到道路的稳定性、使用寿命以及行车安全。
因此，如何提高路基的地基承载力和抗扰性能成为了道路工程建设中的关键问题。
针对这一问题，大量的研究表明，石灰改良弱膨胀土路基是提高路基质量的有效途径之一。
弱膨胀土具有压缩指标低、弹性模量小、周围土体应力作用下膨胀变形等特点。
由于弱膨胀土本身的性质，在长期运行的过程中，常常出现路面龟裂、起泡、凸起、变形、下沉等问题，面临着交通安全事故和经济损失的威胁。
因此，石灰改良弱膨胀土路基技术应运而生。
石灰改良弱膨胀土路基技术适用于各种弱膨胀土质层地区的各型路基设计。
本文旨在阐述石灰改良弱膨胀土路基施工方法及病害防治技术，并总结出了施工技术注意点，为相关工程提供技术支持。
天然水硬性石灰基复合胶凝材料的改性研究
天然水硬性石灰基复合胶凝材料的改性研究天然水硬性石灰基复合胶凝材料的改性研究引言：水硬性石灰是一种经济环保的建筑材料，在广泛应用于建筑工程中。
然而，由于其质地较为疏松和低强度的特点，使得水硬性石灰在某些特殊工程中无法满足需求。
为了克服水硬性石灰的不足，一些研究着手对其进行改性，以提升其强度和适应性。
一、胶凝材料的定义和分类胶凝材料是指在水和粘合剂的作用下可以硬化成坚固材料的物质。
按照粘合剂的不同，胶凝材料可以分为无机胶凝材料和有机胶凝材料。
水硬性石灰属于无机胶凝材料，其主要成分为氧化钙（CaO）。
二、天然水硬性石灰的特性1. 质地疏松：水硬性石灰具有较大的孔隙空间，使得其强度较低。
2. 水化反应缓慢：水硬性石灰在与水接触后需要较长时间才能充分水化，影响其实用性。
3. 物理稳定性差：水硬性石灰容易受潮和受热而发生变化，导致其功能发挥不稳定。
三、改性方法1. 引入胶凝材料：通过引入胶凝材料，如水泥、石膏等，可以提升水硬性石灰的强度和水化速度。
这种方法可以显著改善水硬性石灰的物理性能，但也带来了一定的环境负面影响。
2. 添加化学改性剂：在水硬性石灰中添加一些化学改性剂，如减水剂、增强剂等，可以改善其粘结性能和抗裂性能。
这种方法具有灵活性高、使用方便等优点，但需要找到适合的改性剂。
3. 物理改性：通过物理方法改变水硬性石灰的微结构，如磨机细磨、高温煅烧等，可以提升其强度和耐久性。
这种方法操作简单，但对设备要求较高。
四、改性效果评估改性效果可以通过强度、水化速度、物理稳定性等指标进行评估。
强度指标可通过压缩试验、抗拉试验等进行测定。
水化速度可以通过测量水硬性石灰与水反应的时间来评估。
物理稳定性可以通过湿热循环试验、浸水试验等进行验证。
五、结论经过改性的天然水硬性石灰基复合胶凝材料具有较高的强度和适应性，可以用于一些特殊工程中。
改性方法的选择应根据具体工程需求和环境条件进行优化，以提高改性效果。
未来的研究还可以探索更多可行的改性方法，并对改性机理进行深入研究，以进一步提升水硬性石灰的性能。
石灰石粉在水泥基材料中的作用机理及化学改性方法
石灰石粉在水泥基材料中的作用机理及化学改性方法编者按近年来，由于砂石资源短缺，机制砂早已成为砂石利用的发展趋势。
而将岩石置入一定的破碎设备并通过碰撞、挤压等原理生产机制砂的过程中，常常由于现今破碎设备与技术手段的制约，产品机制砂的级配往往不合理，“两头多，中间少”现象屡见不鲜。
产品机制砂中所混杂的岩石岩石粉（粒径小于0.075mm）除一小部分在相关标准的指导下被加以利用（如少部分取代常用SCMs用于对性能要求不高的混凝土构件中）外，过剩的大部分岩石粉一般在缺乏科学理论与实践检验的情况下，常被当作对混凝土耐久性有害的物质而去除丢弃。
如果机制砂生产导致的这些过剩岩石粉不能妥善处置，不仅会造成资源浪费，还会给生态环境造成负担，同时也无法快速完成建材行业紧急的“碳达峰”任务。
因此，将岩石粉用作新型SCMs材料、实现岩石粉的大规模利用是建材行业需要挑战的难题。
以石灰石粉为例，本文将简述一下其应用现状、在水泥基材料中的作用机理及目前的化学改性方法。
图1 机制砂原料采石场图2 富含石粉的机制碎石图3 机制砂石中的过剩石粉1# 石灰石粉应用现状目前，石灰石粉在部分国家已经成为一种常用的辅助性胶凝材料，加拿大允许在普通硅酸盐水泥中添加 5%的石灰石粉，欧洲更是将这一限值提高到了35%。
我国也在2014 年批准发布了《石灰石粉在混凝土中应用规程》（JGJ/T 318-2014），规程给出了石灰石粉的碳酸钙含量、细度及亚甲蓝值等关键指标的检测手段和参考限制，并且明确指出，当水胶比≤0.40且采用普通硅酸盐水泥配制非预应力混凝土时，石灰石粉占胶凝材料的最大质量百分比不得超过 25%。
2# 石灰石粉在水泥基材料中的作用机理石灰石粉主要化学成分是CaCO3，通常被认为是惰性材料，在混凝土中起填充作用。
为了使石灰石粉更好应用在混凝土中，国内外学者在石灰石粉对水泥基材料性能的影响方面做了大量研究。
结果表明，石灰石粉在混凝土中并不仅仅是作为惰性填充料来发挥作用的，它还能在混凝土中发生一系列的物理化学反应，对混凝土的水化过程起到一定的贡献。
石灰改良过湿土地基的探讨
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图３
选用施工时所用的石灰粉的等级 ， 也就是确 定石灰分钟活性氧化钙和氧化镁的含量 ， 并通过 室 内击实试验和现场碾压试验来确定施工 中掺 加石灰的比例 。 施工前将准备好的石灰通风干燥 的区域 。 ５２ －分层处理厚度 先确定过湿土地段所需填土的厚度， 根据拌 和机械的拌和深度及施工中质量控制的方便 ， 根 据处理土的经验进行分层施工。 这样既对过湿土 进行处理 ， 同时也提高了强度。 ５３ ．拌和 拌合通常采用路拌法进行施工。 施工前用应检查 预铺土的厚度并使用平地机进行刮平， 以保证用 土的准确性 。 为了方便施工， 采用打方格铺灰法 ， 先计算出每米应放生石灰粉的袋数 ， 然后再进行 石灰粉的撒铺 ， 这为了 使石灰粉在土中的分布更 均匀。然后使用拌和机拌和 ｌ２ 一 遍后 ， 使生石灰 逐渐消解并产生膨胀 ，待 ４ 后对石灰土再次整 ｈ 平并进行压实。
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１概 述
通过干湿材料的混合作用 、化学反应和水
４２ ．
ｌ ２ ～ ０
在道路施工过程中 ，会经常遇到过湿土地 段， 其过湿土就是含水量高于施工压实所需的最 佳含水量的粉性土或粘性土。 以过湿地段进行 所 路基压实时， 用一般的压实工具很难达到压实要 求 如果对过湿土不进行处理或处理不彻底 ， 就 会造成道路路基强度不够 ，在行车荷载作用下 ， 造成路基的不均匀沉陷 ， 使路面结构发生变形 ， 从而严重影响到工程质量 。 石灰改良土在国内外 已经广泛使用 ，石灰 土在改 良过湿土方面已经取得 了不错 的工程效 果， 现将利用石灰改 良过湿土与翻晒和换填处理
石灰改良膨胀土的物理力学性状试验研究与工程应用的开题报告
石灰改良膨胀土的物理力学性状试验研究与工程应用的开
题报告
1.课题背景：
膨胀土是指一种具有膨胀性的土壤，其水分含量会因压缩而减少而导致土体体积增大，进而引起土壤结构的变形破坏。
在工程建设中，膨胀土的存在经常造成工程事故，如路基沉降、建筑物裂缝等。
因此，研究膨胀土的改良方法具有重要的工程应用价值。
目前，石灰在改良膨胀土方面具有广泛应用。
石灰作为一种碱性物质，可以与膨胀土中的粘粒发生化学反应，提高土的强度和稳定性，减小土壤结构的变形。
然而，石灰改良膨胀土的物理和力学性质还需进一步研究和探索。
2.研究目的：
本研究旨在通过对石灰改良膨胀土的物理力学性状试验进行研究，探讨石灰对膨胀土的影响和作用机理，为工程应用提供理论指导和技术支持。
3.研究内容：
(1)研究不同种类的石灰对膨胀土强度和稳定性的影响。
(2)分析石灰改良膨胀土的水分敏感性和耐久性。
(3)测定石灰改良膨胀土的压缩特性和变形特性。
(4)分析石灰改良膨胀土的力学参数和变形特征。
4.研究方法：
(1)采取试验室模拟的方法，对不同配比的石灰与膨胀土进行混合反应，并进行室内力学特性测试。
(2)通过野外取土、试验室测试与理论分析相结合的方法，对不同条件下膨胀土的物理力学特性进行研究。
(3)运用软件对石灰改良膨胀土的力学参数进行数值分析和计算。
5.预期研究成果：
(1)揭示石灰改良膨胀土的物理和力学特性。
(2)评估石灰改良膨胀土的稳定性和水分敏感性。
(3)推导出石灰改良膨胀土的力学模型和参数，为工程应用提供理论依据和技术支持。
石灰、粉煤灰改良膨胀土的机理和展望
石灰、粉煤灰改良膨胀土的机理和展望论文导读：膨胀土是一种具有吸水膨胀，失水收缩的黏性土，其主要粘土矿物成分是蒙脱石和伊利石，或伊利石—蒙脱石。
粉煤灰是燃煤电厂中，随烟气从锅炉尾部排出的，经除尘器收集下来的固体颗粒状材料，简称飞灰或灰，是燃煤电厂的排除的主要固体废物。
石灰石一种无机的胶结材料，既能在空中硬化，也能在水中硬化。
关键词：膨胀土，胀缩机理，石灰，粉煤灰，改良机理1前言1.1膨胀土的定义膨胀土是一种具有吸水膨胀，失水收缩的黏性土，其主要粘土矿物成分是蒙脱石和伊利石，或伊利石—蒙脱石。
应该指出的是吸水膨胀和失水收缩是黏性土的共性，亦是其区别于非粘性土的主要特性之一，只有当黏性土的胀缩性增大到一定程度，产生膨胀压力或收缩裂缝，并足以危害建筑物的稳定与安全时，才可将其作为一种特殊土从土中独立出来，称“膨胀土”。
2.2膨胀土的分布在我国膨胀土分布很广，如云南、广西、贵州、湖北、湖南、河北、河南、山东、山西、四川、陕西、安徽等省区不同程度地都有分布，其中尤以云南、广西、贵州及湖北等省区分布较多，具有代表性。
膨胀土一般分布在二级及二级以上的阶地上或盆地的边缘，大多数是晚更新世及其以前的残坡积、冲积、冲积物，也有新第三纪至第四纪的湖相沉积物及其风化层；个别分布在一级阶地上。
2膨胀土的工程性质2.1胀缩机理双电层理论认为：黏粒表面带有一定量的负电荷，由于静电引力的作用，孔隙水溶液会吸引水中的阳离子到土粒表面上来。
带有负电荷的黏土矿物颗粒表面与吸附的水化阳离子层合起来成为双电层。
双电层内的离子对水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在电场力的作用下定向排列，在黏土矿物颗粒的周围形成表面结合水（水化膜）。
由于结合水膜增厚“楔开”土颗粒，从而使固体颗粒之间的距离增大，导致土体膨胀。
2.2胀缩效应在深层没有经历风化的天然状态下，膨胀土的强度高，压缩性低。
当膨胀土被人为扰动或暴露、近地表时，将导致土中含水量的变化，由于其水稳定性极差，土中水分的吸收或流失将使其体积和强度、变形性质发生强烈变动。
生土墙体材料改性技术研究现状
生土墙体材料改性技术研究现状生土墙体材料是一种传统的建筑材料，具有优异的保温、隔热和蓄能等性能。
然而，由于其强度低、耐久性差等问题，限制了其在现代建筑中的应用。
为了提高生土墙体材料的性能，改性技术成为了研究热点。
本文将综述生土墙体材料改性技术的研究现状、技术原理、实验方法及应用前景，以期为该领域的发展提供参考。
生土墙体材料是一种由生土、石灰、水泥等原材料制成的建筑材料。
由于其来源于自然，具有可持续性和环保性，因此被广泛应用于国内外农村和城市地区的建筑物中。
然而，生土墙体材料存在一些问题，如强度低、易吸湿等，限制了其在现代建筑中的应用。
为了提高生土墙体材料的性能，改性技术成为了研究热点。
目前，生土墙体材料改性技术的研究主要集中在化学改性、物理改性等方面。
化学改性是通过添加化学试剂或反应剂，改变材料的化学组成和结构，从而提高其性能。
例如，有研究表明，添加聚合物乳液可以改善生土墙体的防水性和耐久性。
物理改性是通过改变材料的物理性质，如粒度、形态等，来提高其性能。
例如，有研究表明，将废弃玻璃纤维添加到生土墙体中，可以改善其强度和保温性能。
生土墙体材料改性技术的实验方法包括XRD、SEM、EDS等。
XRD用于分析材料的物相组成和晶体结构；SEM用于观察材料的表面形貌和微观结构；EDS用于测定材料的元素组成和含量。
这些实验方法可以全面表征改性前后生土墙体材料的性能和结构变化。
生土墙体材料改性技术在工程实践中的应用前景广泛。
在绿色建筑领域，改性后的生土墙体材料具有更好的环保性和节能性，符合绿色建筑的发展趋势。
在农村危房改造和新型城镇化建设中，改性生土墙体材料可以提高房屋的保温、隔热和承载能力，提高居住品质。
在文化遗产保护中，改性生土墙体材料可以增强古建筑的结构稳定性和耐久性，对保护文化遗产具有重要意义。
生土墙体材料改性技术是提高这种传统建筑材料性能的关键。
目前，化学改性和物理改性是生土墙体材料改性的主要方法，它们都能有效地改善生土墙体的性能。
浅谈石灰改良土对路基弯沉值的影响
浅谈石灰改良土对路基弯沉值的影响一、石灰改良土的原理和作用机制石灰改良土是指通过向土壤中添加适量的石灰来改善土壤的性能。
石灰主要有生石灰、水合石灰和石灰石等多种类型，其中以水合石灰应用较为广泛。
石灰改良土的原理是通过石灰与土壤中的粘土矿物发生化学反应，使得土壤颗粒之间的结合力增强，改善土壤的工程性质。
（1）提高土壤的抗压强度：石灰可以与土壤中的粘土矿物发生氢键和静电吸引力，增加土壤颗粒之间的粘结力，提高土壤的抗压强度和抗剪强度。
（2）改善土壤的可塑性和稳定性：石灰改良土可以改善土壤的塑性指标，降低土壤的塑性指数和收缩性，提高土壤的稳定性和工程性能。
（3）促进土壤固结硬化：石灰可以与土壤中的水和氢氧化铝反应生成胶体状物质，填充土壤孔隙，减小土壤的渗透性，提高土壤的固结硬化程度。
1. 减小路基的变形和沉降石灰改良土可以提高土壤的抗压强度和稳定性，降低土壤的可塑性和收缩性，减小路基的变形和沉降。
在路基工程中，土壤的变形和沉降是导致路基弯沉值增大的重要原因之一。
通过石灰改良土，可以有效地减小路基的变形和沉降，降低路基的弯沉值，提高路基的使用性能。
2. 提高路基的承载能力3. 减小路基的渗透性三、石灰改良土在路基工程中的应用石灰改良土对路基弯沉值的影响是显著的。
通过石灰改良土，可以有效地改善路基的工程性能，降低路基的弯沉值，提高路基的使用性能。
在路基工程中，应合理选择石灰改良土的类型和用量，严格控制施工质量，确保路基工程的稳定性和安全性。
相信随着石灰改良技术的不断完善和推广应用，将为路基工程的设计和施工带来更多的便利和效益。
石灰基材料对生土改性效果及机制研究
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１９)０４Ｇ０４０６７Ｇ０７石灰基材料对生土改性效果及机制研究∗杨㊀永１,２,张树青２,荣㊀辉２,张㊀磊２,张㊀颖２,徐㊀蕊２,王雪平２,杨久俊２(１．天津大学材料科学与工程学院,天津３００３５０;２．天津城建大学材料科学与工程学院,天津３００３８４)摘㊀要:㊀针对当前石灰㊁矿渣㊁粉煤灰等作为生土改性剂的研究主要是在力学性能及耐久性等宏观性能方面,尝试从上述改性材料对生土改性前后的矿物组成㊁官能团特征峰㊁微观结构等微观角度来阐述生土改性的内在作用机制.试验结果表明,(１)单掺石灰时,生土改性效果随石灰掺量增加而提高,最佳掺量为１０％,其２８d 抗压强度和软化系数分别达到３．６９M P a 和０．８０,原因是其板状的C a (O H )２水化产物填充生土颗粒间的空隙,达到饱和后的C a (O H )２仅其骨架作用;(２)当１０％石灰分别复掺５％矿渣和５％粉煤灰时,２８d 抗压强度分别增长了８．１％和２．４％,软化系数分别达到了０．９２和０．９０,原因是粉煤灰和矿渣发生二次水化反应,其中M gO ㊁A l O 等键断裂,A l ３＋㊁M g ２＋等阳离子与C a (O H )２发生置换反应,致使１４３６．４７c m －１处的峰位偏移至１４００c m －１附近,同时出现了１０３０c m －１附近的C ＧS ＧH 凝胶特征峰以及３１２０c m －１处左右的火山灰反应特征峰;(３)掺矿渣改性效果优于单掺石灰,而复掺粉煤灰的改性效果不佳.关键词:㊀石灰;生土;力学性能;软化系数;官能团中图分类号:㊀T B ３３２文献标识码:AD O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００１Ｇ９７３１．２０１９．０４．０１１０㊀引㊀言生土作为人类最早使用的建筑材料之一,其历史可追溯到距今８０００年前的新石器时期[１],在我国主要以生土高原的窑洞㊁粤北闽南的客家土楼㊁青藏高原的碉楼㊁云南的土掌房㊁新疆的弯顶土坯屋等形式存在[２].相比于烧结砖或者钢筋混凝土,生土具有保温隔热㊁可循环利用㊁取材广泛㊁施工技术简单等优点[３],由生土制成的墙体材料,可承重兼保温隔热㊁透气㊁防火㊁低能耗㊁无污染㊁可再生,据统计目前世界上仍有约１/３的人口居住在生土建筑中[１,４],因而是一种理想的绿色建筑材料[５Ｇ６].然而,生土建筑材料由于耐水性能差㊁强度较低,使其广泛使用受到限制[７].因此,如何对生土材料进行改性,增强其耐水性能和力学性能,提高生土建筑的使用年限,成为生土材料研究的热点之一[８Ｇ１１].本文以普通粘土为原材料,利用石灰和矿渣㊁粉煤灰作为改性剂,通过简单的成型工艺和标准养护,制备生土材料,测试其对强度和耐水性的影响,并通过X射线衍射㊁扫描电镜㊁红外光谱等测试技术从矿物组成,微观形貌,尤其是官能团的变化规律去探明石灰㊁矿渣㊁粉煤灰对生土的改性机制,使改性后的生土材料的性能能够达到国家标准[１２]的要求.１㊀试验材料及方法１．１㊀试验原材料试验采用的原材料为出自河南荥阳黄河南岸的生土,主要化学组成经X 射线荧光(X R F )光谱仪测定如表１所示;天津市风船化学试剂科技有限公司产的石灰,灼烧后C a O 含量不少于９８．０％;天津市滨海新区中天伟业建材经销处购买的粉煤灰,质量指标Ⅰ级;天津矿产资源交易所生产的中性矿渣,碱性率M o ＝１;减水剂是天津市雍阳减水剂厂生产的聚羧酸高效减水剂.表１㊀生土的主要参数(％)T a b l e １T h em a i n p a r a m e t e r s o f r a ws o i l (％)O x i d e/％S O ３F e ２O ３C a OS i O ２A l ２O ３L o s s o n i gn i t i o n R a ws o i l０．１６６．６２１．２８６１．０５１６．７８１４．１１１．２㊀试验方法试验时水固比㊁减水剂掺量㊁养护条件均保持不变,而选择以石灰㊁矿渣和粉煤灰掺量(质量分数,对生土的取代率)为影响因素,以土样抗压强度㊁软化系数为评价指标,研究各掺量对生土材料的改性效果.试样制备以表２所列配合比配制,尺寸定为４０mmˑ４０mmˑ１６０mm ,覆盖保鲜膜保湿,经４８h后拆模后在相对湿度为４５％㊁温度为(２０ʃ５)ħ下分别７６０４０杨㊀永等:石灰基材料对生土改性效果及机制研究∗基金项目:国家科技支撑计划资助项目(２０１８Y F D １１０１００２);天津市自然科学基金重点资助项目(１６J C Z D J C ３９１００)收到初稿日期:２０１８Ｇ１１Ｇ０８收到修改稿日期:２０１９Ｇ０１Ｇ０３通讯作者:荣㊀辉,E Ｇm a i l :h u i r o n gt c u ＠１２６．c o m 作者简介:杨㊀永㊀(１９７５－),男,河北唐山人,硕士,讲师,主要从事绿色建材研究.养护至７,１４,２８d 测试其抗压强度,另取养护２８d 的试样浸泡于水中１d 测试其软化系数.表２㊀石灰改性生土试样配合比(％)T a b l e ２L i m em o d i f i e d r a ws o i lm a t e r i a lm i x r a t i o (％)S a m p l e W a t e r Ｇs o l i d r a t i oR a ws o i l L i m e F l y a s h S l a g W a t e r r e d u c e rD Z２４１０００００１D C１２４９０１０００１D C２２４８５１５００１D C３２４８０２０００１F C１２４８５１０５０１F C２２４８５１００５１㊀㊀㊀㊀㊀㊀注:D Z ㊁D C ㊁F C 分别表示对照组㊁单掺组㊁复掺组,其中水固比为水与固体材料的比值,减水剂为胶凝材料的１％.１．３㊀测试宏观性能按照标准按照G B /T ５０１２３Ｇ１９９９«土工试验方法标准»无侧限抗压强度试验进行,分别测试各组试样７,１４,２８d 及浸泡后的抗压强度及软化系数.微观性能主要通过X 射线衍射仪对试样进行物相分析,对矿物组成做出判断;采用扫描电镜获得试样的微观形貌信息;使用傅里叶变换红外光谱仪对结构的化学键类型进行描述.本次试验所用的主要仪器如表３所示.表３㊀实验所用主要仪器与设备T a b l e ３T h em a i n i n s t r u m e n t s a n d e q u i p m e n t u s e d i n t h e e x pe r i m e n t 仪器名称型号标准恒温恒湿养护箱河北科析仪器设备有限公司生产的Y H Ｇ４０B 型电子天平上海舜宇恒平科学仪器有限公司生产的Y P ６０００N 型行星式石灰砂浆搅拌机河北大宏实验仪器有限公司生产的M o d e l J J Ｇ５型压力试验机济南天辰试验机制造有限公司生产的Y AW Ｇ２０００J 型X 射线衍射仪(X R D )日本理学U l t i m a I V 系列R i g a k uu l t i m a ＧV １型扫描电子显微镜(S E M )日本电子场发射扫描电镜J M S Ｇ７８００F 型傅里叶变换红外光谱仪德国B R U K E R 公司生产的V E C T O R ３３型２㊀结果与讨论２．１㊀抗压强度各组改性生土试样在不同龄期(７,１４和２８d )下的抗压强度,测试结果分别如图１和２所示.图１㊀单掺石灰改性生土的抗压强度F i g １C o m p r e s s i v e s t r e n gt ho fm o d i f i e d l i m e Ｇm o d i f i e d r a ws o i l２．１．１㊀单掺组图１(a )为对照组和单掺组改性后的抗压强度趋势图.从图１(a )可看出,在相同龄期下改性生土的强度随石灰掺量的增加而提高.具体表现为在７d 时,强度由１０％石灰掺量的２．４２M P a 增加到２０％石灰掺量的２．８８M P a ,增长了１．１９倍,此时纯生土试样因未具有抗压强度而无实验数据;在１４d 时,强度由纯生土的１．９５M P a 增加到２０％石灰掺量的３．７６M P a,增长了１．９３倍;在２８d 时,强度由纯生土的２．１４M P a 增加到２０％石灰掺量的４．１７M P a ,增长了１．９５倍.此外,相同掺量的石灰改性生土材料随龄期增加,其抗压强度也逐渐提高.因为随着石灰的加入,其水化产物主要为C a (O H )２,填充生土材料较为疏松的空隙,且C a (O H )２会与生土中存在的S i O ２和A l ２O ３发生水和反应,产生一些粘性较强的化合物,提升土体的强度,并且也会使土的结构发生较大的变化.图１(b )为各掺量在２８d 的抗压强度增长量,其中纯生土试样及１０％,１５％,２０％石灰掺量的２８d 抗压强度分别为２．１４,３．６９,３．８６,４．１７M P a .从纯生土试样到１０％石灰掺量,抗压强度增加了１．５５M P a,即每５％的石灰掺量提供了０．７８M P a 的增长量;当石灰掺量由１０％增加到１５％时,这５％的石灰提供了０．１７M P a 的抗压强度的增量;当石灰掺量由１５％增加到２０％时,这５％的石灰增量贡献了０．３１M P a 的抗压强度的增８６０４０２０１９年第４期(５０)卷量.由此可以看出少量石灰的掺入,对生土试样的力学性能影响较大,造成的原因可能是石灰掺量为１０％时,石灰发生水化反应,其水化产物主要填充在生土颗粒之间起胶结作用,从而较大幅度提高了改性生土试样的抗压强度,随着石灰掺量的继续增加,生土颗粒间的空隙被填充满,其形成的剩余水化产物仅其骨架作用,因而强度增长率不高[１３].２．１．２㊀复掺组图２为复掺组(１０％石灰＋５％粉煤灰㊁１０％石灰＋５％矿渣)对改性生土抗压强度变化的影响.由图２(a)可看出,各复掺试验组抗压强度随着养护龄期的增加而提高,说明矿物掺和料的掺入有助于提高生土材料的力学性能.从图２(b)的分析对比图中可看出,在相同含量的胶凝材料掺入下,１０％石灰＋５％矿渣的２８d抗压强度最高,达到３．９９M P a,１５％单掺石灰的２８d抗压强度次之,为３．８６M P a,１０％石灰＋５％粉煤灰最低,仅３．７８M P a,说明在１０％单掺石灰改性生土的基础上５％的矿渣㊁石灰㊁粉煤灰分别对抗压强度提高了８．１％,４．６％,２．４％,说明１０％石灰＋５％矿渣复掺材料的改性效果最好.图２㊀复掺胶凝材料对改性生土力学性能的影响F i g２E f f e c to fm i x e dc e m e n t i t i o u s m a t e r i a l so n m eＧc h a n i c a l p r o p e r t i e s o fm od i f ie d r a ws o i l㊀㊀综合各组抗压强度的分析,可知掺入石灰等胶凝材料后对生土试样的抗压强度有提高,所产生的氢氧化钙使土壤中的A l２O３,S i O２的活性得以激发;粉煤灰㊁矿渣发生火山灰反应生成胶凝产物[１４]同样有助于提高改性效果,但矿渣在碱性条件下比粉煤灰水化更充分,更能改善生土试样的孔结构[１５Ｇ１６].２．２㊀耐久性(软化系数)软化系数K表征的是材料耐水性能,以试件标准养护到２８d后,在水中浸泡１d的抗压强度I１与２８d 的抗压强度I０之比来计算,其软化系数公式为㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀K＝I１I０软化系数越大,耐水性越好.２．２．１㊀单掺组图３为不同石灰单掺情况下测得的改性生土软化系数.从图３可看出,石灰的掺入能明显提高生土的软化系数,其中纯生土试样在进行耐久性试验时,遇水发生溃散,软化系数为０;当石灰掺量为１０％时,改性生土试样的软化系数便可达到０．８０;当石灰掺量为１５％,２０％时,软化系数分别提高到０．８３,０．９０,说明石灰的掺量越多,改性生土试样的耐久性越好.分析原因,一方面石灰遇水发生反应产生C a(O H)２,使得土体密实度增加;另一方面C a(O H)２和生土中的活性矿物发生反应,生成胶结性的化合物,固结生土颗粒,使得耐水性增加.图３㊀单掺石灰对改性生土耐久性能的影响F i g３E f f e c to fs i n g l el i m ed o s a g eo n d u r a b i l i t y o fm o d i f i e d r a ws o i l２．２．２㊀复掺组图４为两组复掺改性材料与１５％单掺石灰的软化系数对比图.图４㊀复掺石灰对改性生土耐久性的影响F i g４E f f e c to fm i x e dl i m eo nd u r a b i l i t y o fm o d i f i e dl o e s s㊀㊀从图４可看出,１０％石灰＋５％粉煤灰的软化系数为０．９０,１０％石灰＋５％矿渣的软化系数为０．９２,两组复掺改性材料的软化系数相当且都高于１５％单掺石灰的软化系数的０．８３,说明粉煤灰和矿渣的胶结作用强于石灰,原因是石灰改性生土的试样中氢氧化钙仅起到填充孔隙的作用,由于其不具备水硬性,遇水易溶解,造成结构破坏,而石灰与粉煤灰㊁矿渣复配改性生土时,石灰与矿渣㊁粉煤灰反应减少了试样中的氢氧化９６０４０杨㊀永等:石灰基材料对生土改性效果及机制研究钙结晶,增加了水化硅酸钙等水硬性的水化产物,故软化系数增大.２．３㊀X R D 分析为了进一步探索掺入石灰基材料对生土改性效果的影响,选取具有代表性的试验组进行X R D 物相分析,以期通过分析不同掺量和不同龄期下的矿物组成来解释其对生土的改性作用,结果如图５所示.图５㊀石灰改性生土的X R D 物相分析图谱F i g ５X R D p h a s e a n a l ys i s o f l i m em o d i f i e d l o e s s ㊀㊀图５(a )和(b )分别是２０％石灰掺量的改性生土在不同龄期下(７,１４,２８d )的X R D 衍射分析图谱和不同石灰掺量(１０％,１５％和２０％)的改性生土在２８d 的X R D 衍射分析图谱.可见,单掺石灰改性生土中主要含有大量的S i O ２㊁蒙脱石为生土中的主要成分.从图５(a )看出,随着龄期从７~２８d ,２０％石灰掺量的改性生土试样中石灰水化产生的C a (O H )２峰值逐渐增大;从图５(b )看出,在２８d 时,掺量为２０％石灰的C a (O H )２峰值最高,说明石灰的主要水化产物仅是C a (O H )２,填充生土颗粒空隙,提高了生土的抗压强度和软化系数.图５(c )是２８d 复掺组与１５％单掺石灰的X R D 衍射对比分析图谱.如图５(c )可知,１０％石灰＋５％粉煤灰与１０％石灰＋５％矿渣改性的生土试样中都含有不同程度的水化产物,主要是C ＧS ＧH 凝胶和钙矾石,也含有少量的C a (OH )２晶体.从图谱对比来看,复掺矿渣比复掺粉煤灰的水化产物特征峰更加明显,因为矿渣在C a (O H )２的碱性环境下,水化更充分.综上所述,石灰基改性生土材料主要是通过胶凝材料的水化产物来改变体系结构,单掺石灰通过生成C a (O H )２填充生土空隙,而复掺粉煤灰㊁矿渣是通过生成胶凝物质固结生土颗粒,且矿渣的活性要明显高于粉煤灰.２．４㊀I R 分析为了解释生土材料改性后微观物质间的结合作用,试验通过傅里叶变换红外光谱仪对各种掺量的石灰改性生土试样进行红外分析,从化学键结合力的角度尝试分析改性后的效果,分析结果如图６所示.图６㊀石灰改性生土的红外吸收光谱F i g ６I n f r a r e d a b s o r p t i o n s pe c t r a of l i m em o d i f i e d l o e s s ㊀㊀图６(a )为纯生土的红外吸收光谱,通过比对可知,３４１５．２３c m －１属于O H －的伸缩振动峰,表明材料中０７０４０２０１９年第４期(５０)卷存在吸附水;２３６１．４５c m －１处的吸收峰是O C O 反对称收缩,１６３８．０４c m －１处为C C 的伸缩振动峰,１４３７．４８和８７４c m －１处存在的吸收峰分别属于C O 的非对称伸缩动和面外弯曲振动特征峰,７７９c m －１处的吸收峰是S i O S i 对称伸缩振动,１０２９c m －１处附近的吸收峰是S i O S i 硅氧四面体反对称伸缩振动,从而证明生土中存在伊利石㊁蒙脱石.图６(b )㊁(c )和(d )分别是１５％单掺石灰㊁复掺１０％石灰＋５％粉煤灰和１０％石灰＋５％粉煤灰改性后的生土试样２８d 的红外吸收图谱.与纯生土的红外光谱图对比,３５００c m －１波数以上的O H －特征峰更密集,波峰更强,说明存在更多的O H －,证明石灰基改性材料水化生成C a (O H )２及C ＧS ＧH 凝胶;１０２９和８７４c m －１附近依然存在属于伊利石和蒙脱石的特征峰,说明生土中的矿物组成未参与反应;纯生土中１６３８．０４c m －１处的C C 断裂,形成复掺改性材料中３１００c m －１附近的C ＧH 伸缩振动峰,属于矿渣㊁粉煤灰的火山灰反应产物.相比于单掺石灰的红外光谱图,复掺１０％石灰＋５％粉煤灰和１０％石灰＋５％矿渣出现了１０３０c m －１附近的S i O S i 硅氧四面体反对称伸缩振动,应是C ＧS ＧH 凝胶,从而从官能团的角度验证了复掺胶凝改性材料能够产生了水硬性的水化产物,而单掺石灰改性只产生了C a (O H )２;相比于复掺粉煤灰O H －的振动峰显示在３４４５．５４c m －１,复掺矿渣的O H －振动峰显示在３１１８．２６c m －１,波数位置更低,说明官能团结合力更强,所产生的C ＧS ＧH 凝胶产物更多.２．５㊀S E M 分析为了从微观形貌上解释掺入石灰改性材料对生土的改性效果,分别对石灰单掺㊁石灰与粉煤灰和矿渣复掺改性的生土试样进行扫描电镜分析,结果如图７~９所示.图７㊀不同石灰掺量改性生土２８d 的S E M 图片F i g ７S E Mi m a ge s of ２８do fm o d i f i e d l i m ew i t hd i f f e r e n t l i m e c o n t e n t ㊀㊀图７(a )~(d )分别是对照组和石灰单掺组２８d 的扫描电镜照片.由图７(a )可知,未经改性处理的纯生土结构疏松,颗粒间存在着较大的空隙;而从图７(b )~(d)看出,随着石灰掺量的增加,生成的水化产物逐渐增多,主要是板状的C a (O H )２;当石灰掺量达到２０％时,水化产物不仅可以填充生土颗粒还可以形成一定的骨架结构,从而提高生土材料的抗压强度.图８(a )㊁(b )㊁(c )分别是单掺石灰２０％在不同龄期(７,１４和２８d )下改性生土的S E M 图片.由图８可看出,随着龄期的增加,板状物质愈加明显并不断填充在土颗粒之间,使得松散的生土颗粒被石灰水化产物连接在一起,体系孔隙率明显得到改善并形成大骨架结构.图９(a )㊁(b )㊁(c )分别是１５％单掺石灰㊁复掺１０％石灰＋５％粉煤灰和复掺１０％石灰＋５％矿渣２８d 的S E M 图片.由图９可见,粉煤灰和矿渣替代部分石灰后,生成的水化产物除了板状氢氧化钙,还有少量针棒状钙矾石和絮凝状的C ＧS ＧH 凝胶,１０％石灰＋５％粉煤灰扫描电镜照片可以看出未水化的粉煤灰微珠,可见粉煤灰活性较低,水化不充分,而１０％石灰＋５％矿渣可以明显观察到大量的胶凝性水化产物.分析原因,在石灰水化形成C a (O H )２的碱性环境下,矿渣中的活性S i O ２和A l ２O ３更容易溶解出来,在水溶液中与石灰解离出的C a２＋结合,形成胶凝物质,对体系孔结构改善明显,因此在力学性能上表现出复掺矿渣的试样比复掺粉煤灰的抗压强度要高.１７０４０杨㊀永等:石灰基材料对生土改性效果及机制研究图８㊀２０％单掺石灰改性生土不同龄期的S E M 图片F i g ８S E Mi m a g e s o f ２０％s i n g l e l i m e Ｇd o p e dm o d i f i e d s o i l a t d i f f e r e n t a ge s 图９㊀复掺石灰改性生土的S E M 图片F i g ９S E Mi m a ge s o fm o d if i e d l i m em i x e d s o i l ３㊀结㊀论(１)㊀石灰基改性材料有助于提高生土的力学性能和耐水性.单掺石灰时,生土材料的改性效果随石灰掺量的增加而逐渐提高,当掺量超过１０％后,因其水化产物C a (O H )２仅起骨架作用而使得强度增长缓慢,而其软化系数变化不大,因而１０％掺量为石灰改性的最优值;当１０％石灰＋５％粉煤灰时,主要改善软化系数,对强度提高不明显,而１０％石灰＋５％矿渣时,其抗压强度和软化系数均大于１５％的单掺石灰,其综合改性效果最优.(２)㊀单掺石灰时,其水化产生C a (O H )２填充生土颗粒空隙是提高生土材料的强度及耐水性的来源,当掺量超过１０％时,多余C a (O H )２产物仅起骨架作用可使强度增长减缓;复掺矿渣和粉煤灰时,一方面来源于石灰产生的C a (O H )２填充空隙;另一方面是由于粉煤灰和矿渣的C a O ㊁M g O ㊁S i O ㊁A l O 等键发生断裂,与C a (O H )２发生置换反应,使得１４３６．４７c m －１处的峰位均向低波数偏移至１４００c m －１附近,同时出现了１０３０c m －１附近的C ＧS ＧH 凝胶特征峰以及３１２０c m －１处左右的火山灰反应特征峰,因此矿渣和粉煤灰的二次水化反应生成具有水硬性的胶凝产物固结生土颗粒是其获得强度和耐水性的第二来源.参考文献:[１]㊀S h a n g J i a n l i ．O p t i m i z a t i o no f t r a d i t i o n a l b a u x i t e e c o l o gi c a l b u i l d i n g m a t e r i a l s s y s t e m [D ]．X i a n :X i a n U n i v e r s i t yo fA r c h i t e c t u r e a n dT e c h n 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u r n a l o fX i a nU n i v e r s i t y ofA r c h i Ｇt e c t u r ea n d T e c h n o l o g y (N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n ),２００１,３３(２):１４７Ｇ１４９(i nC h i n e s e )．王㊀军,吕东军．走向生土建筑的未来[J ]．西安建筑科技大学学报(自然科学版),２００１,３３(２):１４７Ｇ１４９．[５]㊀J i n g Qi m i n ．R a ws o i l a r c h i t e c t u r e [J ]．C h i n e s e J o u r n a l o f A r c h i t e c t u r e ,１９９４(５):４３Ｇ４７(i nC h i n e s e )．荆其敏．生土建筑[J ]．建筑学报,１９９４(５):４３Ｇ４７．[６]㊀L i uX i a o h u ．T h e s o u r c e o n t h e p r a c t i c a l s i gn i f i c a n c e o f r a ws o i l a r c h i t e c t u r e [J ]．N o r t h w e s tA r t ,２００３(１):３２Ｇ３３(i nC h i n e s e )．刘小虎．本源 论生土建筑的现实意义[J ]．西北美术,２００３(１):３２Ｇ３３．[７]㊀Z h e n g H a n y i n g ,L i uJ i a y o n g,Z h uK e ,e t a l ．I n f l u e n c eo f d i f f e r e n tm o d i f i e dm a t e r i a l s o n p r o p e r t i e s o f r a ws o i lw a l l m a t e r i a l s [J ]．C o n c r e t e a n dC e m e n tP r o d u c t s ,２０１４(５):６２Ｇ２７０４０２０１９年第４期(５０)卷６６(i nC h i n e s e )．郑寒英,刘家拥,朱㊀柯,等．不同改性材料对生土墙体材料性能的影响[J 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l o gi c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fm o d i f i e d s o i l sw i t h c o m po s Ｇi t ew a t e rr e d u c e r [J ]．F l y U t i l i z a t i o no fF l y A s h ,２０１３(２):８Ｇ１１(i nC h i n e s e )．曲㊀烈,李㊀剑,张㊀娜,等．掺复合减水剂生土改性材料流变与力学性能研究[J ]．粉煤灰综合利用,２０１３(２):８Ｇ１１．[１１]㊀D i n g S u j i n ,W a n g W u x i a n g ,Y a n g D i n g yi ,e ta l ．R e Ｇs e a r c h p r o g r e s sa n da p pl i c a t i o no f m o d i f i c a t i o no fr a w s o i lb u i l d i n g m a t e r i a l s [J ]．B u i l d i n g B l o c k sa n d B l o c k B u i l d i n gs ,２０１４(５):４５Ｇ４８(i nC h i n e s e )．丁苏金,王武祥,杨鼎宜,等．生土建筑材料的改性研究进展及其应用[J ]．建筑砌块与砌块建筑,２０１４(５):４５Ｇ４８．[１２]㊀L i u J u n ,S h e n g G u o d o n g ,L i uY u ．E f f e c t o f c u r i n g a ge n t d o s a g e o n p r o pe r t i e s of r a ws o i lw a l lm a t e r i a l s [J ]．J o u r Ｇn a l o fS h e n y a ng J i a n zh u U ni v e r s i t y:N a t u r a lS c i e n c eE Ｇd i t i o n ,２０１０,２６(３):５１７Ｇ５２１(i nC h i n e s e )．刘㊀军,盛国东,刘㊀宇．固化剂掺量对生土墙体材料性能的影响[J 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o nc o m p r e s s i v es t r e n gt ho fs o i l Ｇb a s e d b o n dm a t e r i a l s [J ]．B u l l e t i n o f t h eC h i n e s eC e r a m i c S o c i e Ｇt y,２０１６,３５(８):２３５３Ｇ２３５７(i nC h i n e s e )．丁苏金,杨鼎宜,张磊蕾,等．水泥与矿渣对生土基粘结材料抗压强度的影响[J ]．硅酸盐通报,２０１６,３５(８):２３５３Ｇ２３５７．S t u d y onm o d i f i c a t i o n e f f e c t a n dm e c h a n i s mo f l i m e Ｇb a s e dm a t e r i a l s o n r a ws o i lY A N G Y o n g １,２,Z H A N GS h u q i n g ２,R O N G H u i ２,Z H A N GL e i ２,Z H A N G Y i n g ２,X U R u i ２,WA N G X u e p i n g ２,Y A N GJ i u ju n ２(１．S c h o o l o fM a t e r i a l s a n dE n g i n e e r i n g ,T i a n j i nU n i v e r s i t y ,T i a n ji n３００３５０,C h i n a ;２．S c h o o l o fM a t e r i a l s a n dE n g i n e e r i n g ,T i a n j i nC h e n g j i a nU n i v e r s i t y ,T i a n ji n３００３８４,C h i n a )A b s t r a c t :T h e c u r r e n t r e s e a r c ho n t h e l i m e ,s l a g ,f l y a s ha n do t h e r s o i lm o d i f i e r s i sm a i n l y i n t h em a c r o s c o pi c p r o p e r t i e s s u c h a sm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a b i l i t y ．I n t h i s p a p e r ,t h em i c r o s c o p i c a n gl e s s u c h a s t h em i n e r Ｇa l c o m p o s i t i o n ,t h e f u n c t i o n a l g r o u p pe a k s a n dm i c r o s t r u c t u r e s b ef o r e a n d a f t e r t h em o d i f i c a t i o n o f t h em o d i f i e d m a t e r i a l s a r ea t t e m pt e dt o i l l u s t r a t et h e i n t r i n s i c m e c h a n i s m o fs o i lm o d i f i c a t i o n ．T h et e s t r e s u l t ss h o wt h a t w h e n t h e l i m ew a s a d d e d a l o n e ,t h em o d i f i c a t i o ne f f e c t o f t h e r a ws o i l i n c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s eo f l i m e c o n Ｇt e n t ．T h e o p t i m u md o s a g ew a s １０％,a n d t h e２８dc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n ds o f t e n i n g c o e f f i c i e n t r e s p e c t i v e l yr e a c h e d ３．６９M P a a n d０．８０,b e c a u s e t h e p l a t y C a (O H )２hy d r a t i o n p r o d u c t f i l l e d t h e v o i d s b e t w e e n t h e r a ws o i l p a r t i c l e s ,a n d t h e s a t u r a t e dC a (OH )２on l y h a d i t s s k e l e t o ne f f e c t ．W h e n１０％l i m ew a s s e p a r a t e l y d o p e dw i t h ５％s l a g a n d ５％f l y a s h ,t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho f ２８d i n c r e a s e db y ８．１％a n d２．４％r e s p e c t i v e l y,a n d t h e s o f t e n i n g c o e f f i c i e n t r e a c h e d ０．９２a n d ０．９０r e s p e c t i v e l y ,b e c a u s e t h e s e c o n d a r y h y d r a t i o n r e a c t i o no f f l y as h a n d s l a g o c c u r r e d ,a m o n g w h i c h M gO ,A l Oa n do t h e rb o n d sw e r eb r o k e ．T h es u b s t i t u t i o no f c a t i o n s s u c ha s A l ３＋a n dM g ２＋w e r e d i s p l a c e d f r o mC a (O H )２,c a u s i n g t h e p e a k p o s i t i o n a t １４３６．４７c m －１t o s h i f t t o n e a r １４００c m －１,a n d t h eC S H g e lc h a r a c t e r i s t i c p e a ka r o u n d１０３０c m －１a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c p e a ko fv o l c a n i ca s hr e a c t i o n a r o u n d ３１２０c m －１a p p e a r e d ．T h e m o d i f i c a t i o ne f f e c to f s l a g Ｇa d d e ds l a g w a sb e t t e r t h a nt h a to f s i n gl e Ｇm i x e d l i m e ,a n d t h em o d i f i c a t i o ne f f e c t o f c o m p l e x f l y as hw a s n o t g o o d ．K e y w o r d s :l i m e ;r a ws o i l ;m e c h a n i c a l p r o p e r t y ;s o f t e n i n g c o e f f i c i e n t ;f u n c t i o n a l g r o u p３７０４０杨㊀永等:石灰基材料对生土改性效果及机制研究。
石灰进行改良研究
石灰进行改良研究1 引言在建某高速公路沿线下伏基岩主要为灰岩、泥岩、砂岩等，覆盖层为冲、洪积淤积砂土、粘土、粉质粘土、淤泥及残坡积粉质粘土，高液限红粘土分布较广。
高液限土在广西、云南等多个省份、地区均有广泛的分布，其土体本身强度不高，膨胀性明显、液限高、变形大，施工不易被压实。
如果直接作为路基填料，很难满足工程要求，在工程建设中作为建筑物地基会产生不利的影响。
在工程实践中需对高液限膨胀土进行石灰改良，对改良土的工程性质研究与设计，以使之符合工程要求。
2颗分试验从该高速公路某段开挖段3.0m深处取出高液限土样，石灰采用二级灰，试验样质量为2000g。
经颗分试验可知土样中细粒土含量（<0.075mm）为68.8%，砂粒组（0.075～2mm）含量为9.6%砾粒组（2～10mm）含量为14.5%。
3 界限与含水率试验试样过0.5mm筛后取200g试样进行液塑限联合测定试验，去圆锥入土深度为5mm、10mm、20mm处分别进行含水率试验测定，根据塑性指数与液性指数对该土定名，确定该土的软硬状态。
试验获悉液限WL=58.6，塑限WP=30.6，塑性指数IP=28.0。
由试验结果可知，高液限素土液限指数为58.6，塑限为28.0。
通过石灰改良后，高液限改良土液限指数随着石灰的掺量的增多呈线性下降，但变化程度很小，当石灰掺量为7%时仅下降4.4%，且液限指数仍保持在50%以上。
塑性指数与塑限曲线呈阶梯状下降和上升，曲线在3%和5%的石灰掺量时发生阶梯式突变，相关数据发生转折，两点之间曲线发生急剧的变化。
石灰掺量由素土～3%时，塑限呈持平状态，塑性指数下降1.7。
石灰掺量由5%～7%时，塑限上升2.3，塑性指数下降4.7。
在0～3%和5～9%石灰掺量区间塑性指数和塑限曲线相对平缓，数值波动很小。
因此可知，适量的选择石灰掺量，对高液限土的液塑性才能起到良好的改良效果，过多或过少的石灰掺量会产生浪费或改良强度不足等现象。
土壤撒石灰质评资料
土壤撒石灰质评资料一．石灰对土壤的好处。
石灰和土壤中的水分发生反应生成碱性物质，可以中和土壤的酸性；反应后生成的钙离子，是很好的土壤的胶合剂，使土壤团聚体形成让土壤疏松，改善土壤的板结状况；石灰给土壤提供了钙和镁的化学元素，提高了土壤的矿物质养分。
二．石灰消毒的原理。
干燥的石灰并不具有杀菌消毒作用，只有石灰与土壤中的水发生放热反应后生成碱性的氢氧化钙，也就是俗称的熟石灰才具有消毒的作用。
碱性环境可以使蛋白质变性，使其失去生物活性，从而达到消灭病菌和虫害的目的。
三．具体操作方法。
选择夏季高温季节或者大棚休闲季使用该方法，石灰消毒前清除田里残留的前茬作物，石灰不可使用过量，每亩建议使用50–100公斤，不可超过150公斤，防止过量使土壤碱性过高，影响植物根茎对矿物质元素的吸收，造成植物生长不良。
挖垄沟，铺上稻草或者麦秸秆1000至2000公斤，将石灰撒在上面，深翻将石灰和稻草埋于地下30厘米左右的深度，尽量使稻草朝上，深翻后压实，地面可用薄膜覆盖，防止水分和温度降低。
在薄膜下进行灌水，要浇足浇透，但不可积水。
石灰遇水发生放热反应，会使稻草或者麦秸秆腐烂发酵，转变成肥料。
夏季高温加上地膜的保温作用，可以使石灰消毒土壤得到更加充分的反应，使土壤里的真菌、细菌、虫卵、杂草的种子和根茎有效地杀死。
消毒结束后，将地上的薄膜揭掉，晾晒后再将土地进行耕翻整地，就可以再次种植了。
在实际生产中由于石灰的使用量不好掌握，少了没有效果，多了影响植物的生长，且施撒时粉末飞扬，污染环境，可换用石灰氮对土壤消毒。
石灰氮中含有氰氨化钙（分解后具有消毒、灭虫、防病的作用）、氧化钙即生石灰，还含有氮元素，其氮肥肥效可持续长达3至4个月。
消毒方法同生石灰。
不同龄期下石灰改良土持水特性的温度效应
不同龄期下石灰改良土持水特性的温度效应
石灰是一种常用的土壤改良材料，可以提高土壤的肥力和水分保持能力。
石灰改良土
壤的效果受到温度的影响。
本文将探讨不同龄期下石灰改良土壤持水特性的温度效应。
我们需要了解石灰的基本性质。
石灰主要由氢氧化钙（Ca(OH)2）和碳酸钙（CaCO3）
组成。
在土壤中，石灰会与土壤中的酸性离子发生反应，释放出氢氧根离子（OH-），进而将土壤酸性中和。
石灰还能够提供钙离子（Ca2+），从而改善土壤结构和提高土壤肥力。
在不同龄期下石灰改良土壤的持水特性温度效应方面，首先需要考虑石灰的降解速率。
石灰的降解速率会受到温度的影响。
温度较高时，石灰的降解速率会更快，导致石灰的效
果持续时间较短。
而温度较低时，石灰的降解速率较慢，效果持续时间较长。
温度对土壤持水特性的影响也需要考虑。
温度较高时，土壤中水分蒸发速度会增加，
导致土壤中的水分含量下降。
而温度较低时，土壤中的水分蒸发速度相对较低，土壤中的
水分含量相对较高。
在高温环境下，石灰改良土壤的持水能力相对较弱；而在低温环境下，石灰改良土壤的持水能力相对较强。
不同龄期下石灰改良土壤持水特性的温度效应主要体现在石灰的降解速率、土壤的持
水能力和通气性能上。
在高温环境下，石灰的效果持续时间相对较短，土壤的持水能力较弱，但土壤的通气性较好；而在低温环境下，石灰的效果持续时间较长，土壤的持水能力
较强，但土壤的通气性较差。
在选择石灰改良土壤的龄期和应用石灰的温度时，需综合考
虑这些因素，以达到最佳的土壤改良效果。
石灰改良膨胀土的研究（二）—改良效果及改良机理
石灰改良膨胀土的研究（二）—改良效果及改良机理
孙振堂;刘尧军
【期刊名称】《石家庄铁道学院学报》
【年(卷),期】1994(007)001
【摘要】在文[1]的基础上,通过试验和理论分析。
从土的膨胀性、收缩性、强度、和稳定性四个方面评价了石灰改良膨胀土的效果。
并应用化学热力学理论,论证了灰土之间的化学反应可能性、进行的程度及所要求的条件。
【总页数】9页(P16-24)
【作者】孙振堂;刘尧军
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】U214.1
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1.从蒙脱石分析膨胀土的石灰改良机理 [J], 周爱芳;章光;胡双双
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石灰基材料对生土改性效果及机制研究杨永;张树青;荣辉;张磊;张颖;徐蕊;王雪平;杨久俊【摘要】针对当前石灰、矿渣、粉煤灰等作为生土改性剂的研究主要是在力学性能及耐久性等宏观性能方面,尝试从上述改性材料对生土改性前后的矿物组成、官能团特征峰、微观结构等微观角度来阐述生土改性的内在作用机制.试验结果表明,(1)单掺石灰时,生土改性效果随石灰掺量增加而提高,最佳掺量为10％,其28 d 抗压强度和软化系数分别达到3.69 MPa和0.80,原因是其板状的Ca(OH)2水化产物填充生土颗粒间的空隙,达到饱和后的Ca(OH)2仅其骨架作用;(2)当10％石灰分别复掺5％矿渣和5％粉煤灰时,28 d抗压强度分别增长了8.1％和2.4％,软化系数分别达到了0.92和0.90,原因是粉煤灰和矿渣发生二次水化反应,其中Mg—O、Al—O等键断裂,Al3+、Mg2+等阳离子与Ca(OH)2发生置换反应,致使1436.47 cm-1处的峰位偏移至1400 cm-1附近,同时出现了1030 cm-1附近的C-S-H凝胶特征峰以及3120 cm-1处左右的火山灰反应特征峰;(3)掺矿渣改性效果优于单掺石灰,而复掺粉煤灰的改性效果不佳.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2019(050)004【总页数】7页(P4067-4073)【关键词】石灰;生土;力学性能;软化系数;官能团【作者】杨永;张树青;荣辉;张磊;张颖;徐蕊;王雪平;杨久俊【作者单位】天津大学材料科学与工程学院,天津 300350;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384;天津城建大学材料科学与工程学院,天津 300384【正文语种】中文【中图分类】TB3320 引言生土作为人类最早使用的建筑材料之一，其历史可追溯到距今8 000年前的新石器时期[1]，在我国主要以生土高原的窑洞、粤北闽南的客家土楼、青藏高原的碉楼、云南的土掌房、新疆的弯顶土坯屋等形式存在[2]。
相比于烧结砖或者钢筋混凝土，生土具有保温隔热、可循环利用、取材广泛、施工技术简单等优点[3]，由生土制成的墙体材料，可承重兼保温隔热、透气、防火、低能耗、无污染、可再生,据统计目前世界上仍有约1/3的人口居住在生土建筑中[1,4]，因而是一种理想的绿色建筑材料[5-6]。
然而，生土建筑材料由于耐水性能差、强度较低，使其广泛使用受到限制[7]。
因此，如何对生土材料进行改性，增强其耐水性能和力学性能，提高生土建筑的使用年限，成为生土材料研究的热点之一[8-11]。
本文以普通粘土为原材料，利用石灰和矿渣、粉煤灰作为改性剂，通过简单的成型工艺和标准养护，制备生土材料，测试其对强度和耐水性的影响，并通过X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等测试技术从矿物组成，微观形貌，尤其是官能团的变化规律去探明石灰、矿渣、粉煤灰对生土的改性机制，使改性后的生土材料的性能能够达到国家标准[12]的要求。
1 试验材料及方法1.1 试验原材料试验采用的原材料为出自河南荥阳黄河南岸的生土，主要化学组成经X射线荧光(XRF)光谱仪测定如表1所示；天津市风船化学试剂科技有限公司产的石灰，灼烧后CaO含量不少于98.0%；天津市滨海新区中天伟业建材经销处购买的粉煤灰，质量指标Ⅰ级；天津矿产资源交易所生产的中性矿渣，碱性率Mo=1；减水剂是天津市雍阳减水剂厂生产的聚羧酸高效减水剂。
表1 生土的主要参数(%)Table 1 The main parameters of raw soil(%)Oxide/%SO3Fe2O3CaOSiO2Al2O3Loss on ignitionRawsoil0.166.621.2861.0516.7814.111.2 试验方法试验时水固比、减水剂掺量、养护条件均保持不变，而选择以石灰、矿渣和粉煤灰掺量(质量分数，对生土的取代率)为影响因素，以土样抗压强度、软化系数为评价指标，研究各掺量对生土材料的改性效果。
试样制备以表2所列配合比配制，尺寸定为40 mm×40 mm×160 mm，覆盖保鲜膜保湿，经48 h后拆模后在相对湿度为45%、温度为(20±5)℃下分别养护至7，14，28 d测试其抗压强度，另取养护28 d的试样浸泡于水中1 d测试其软化系数。
表2 石灰改性生土试样配合比(%)Table 2 Lime modified raw soil material mix ratio (%)SampleWater-solid ratioRaw soilLimeFly ashSlagWater reducerDZ241000001DC 1249010001DC 2248515001DC 3248020001FC 1248510501FC 2248510051注：DZ、DC、FC分别表示对照组、单掺组、复掺组，其中水固比为水与固体材料的比值，减水剂为胶凝材料的1%。
1.3 测试宏观性能按照标准按照GB/T50123-1999《土工试验方法标准》无侧限抗压强度试验进行，分别测试各组试样7，14，28 d及浸泡后的抗压强度及软化系数。
微观性能主要通过X射线衍射仪对试样进行物相分析，对矿物组成做出判断；采用扫描电镜获得试样的微观形貌信息；使用傅里叶变换红外光谱仪对结构的化学键类型进行描述。
本次试验所用的主要仪器如表3所示。
表3 实验所用主要仪器与设备Table 3 The main instruments and equipment used in the experiment仪器名称型号标准恒温恒湿养护箱河北科析仪器设备有限公司生产的YH-40B型电子天平上海舜宇恒平科学仪器有限公司生产的YP6000N型行星式石灰砂浆搅拌机河北大宏实验仪器有限公司生产的Model JJ-5型压力试验机济南天辰试验机制造有限公司生产的YAW-2000J 型X射线衍射仪(XRD)日本理学Ultima IV系列Rigaku ultima-V1型扫描电子显微镜(SEM)日本电子场发射扫描电镜JMS-7800F型傅里叶变换红外光谱仪德国BRUKER公司生产的VECTOR33型2 结果与讨论2.1 抗压强度各组改性生土试样在不同龄期(7，14和28 d)下的抗压强度，测试结果分别如图1和2所示。
图1 单掺石灰改性生土的抗压强度Fig 1 Compressive strength of modified lime-modified raw soil2.1.1 单掺组图1(a)为对照组和单掺组改性后的抗压强度趋势图。
从图1(a)可看出，在相同龄期下改性生土的强度随石灰掺量的增加而提高。
具体表现为在7 d时，强度由10%石灰掺量的2.42 MPa增加到20%石灰掺量的2.88 MPa，增长了1.19倍，此时纯生土试样因未具有抗压强度而无实验数据；在14 d时，强度由纯生土的1.95MPa增加到20%石灰掺量的3.76 MPa，增长了1.93倍；在28 d时，强度由纯生土的2.14 MPa增加到20%石灰掺量的4.17 MPa，增长了1.95倍。
此外，相同掺量的石灰改性生土材料随龄期增加，其抗压强度也逐渐提高。
因为随着石灰的加入，其水化产物主要为Ca(OH)2，填充生土材料较为疏松的空隙，且Ca(OH)2会与生土中存在的SiO2和Al2O3发生水和反应，产生一些粘性较强的化合物，提升土体的强度，并且也会使土的结构发生较大的变化。
图1(b)为各掺量在28 d的抗压强度增长量，其中纯生土试样及10%，15%，20%石灰掺量的28 d抗压强度分别为2.14，3.69，3.86，4.17 MPa。
从纯生土试样到10%石灰掺量，抗压强度增加了1.55 MPa，即每5%的石灰掺量提供了0.78 MPa的增长量；当石灰掺量由10%增加到15%时，这5%的石灰提供了0.17 MPa的抗压强度的增量；当石灰掺量由15%增加到20%时，这5%的石灰增量贡献了0.31 MPa的抗压强度的增量。
由此可以看出少量石灰的掺入，对生土试样的力学性能影响较大，造成的原因可能是石灰掺量为10%时，石灰发生水化反应，其水化产物主要填充在生土颗粒之间起胶结作用，从而较大幅度提高了改性生土试样的抗压强度，随着石灰掺量的继续增加，生土颗粒间的空隙被填充满，其形成的剩余水化产物仅其骨架作用，因而强度增长率不高[13]。
2.1.2 复掺组图2为复掺组(10%石灰+5%粉煤灰、10%石灰+5%矿渣)对改性生土抗压强度变化的影响。
由图2(a)可看出，各复掺试验组抗压强度随着养护龄期的增加而提高，说明矿物掺和料的掺入有助于提高生土材料的力学性能。
从图2(b)的分析对比图中可看出，在相同含量的胶凝材料掺入下，10%石灰+5%矿渣的28 d抗压强度最高，达到3.99 MPa，15%单掺石灰的28 d抗压强度次之，为3.86 MPa，10%石灰+5%粉煤灰最低，仅3.78 MPa，说明在10%单掺石灰改性生土的基础上5%的矿渣、石灰、粉煤灰分别对抗压强度提高了8.1%，4.6%，2.4%，说明10%石灰+5%矿渣复掺材料的改性效果最好。
图2 复掺胶凝材料对改性生土力学性能的影响Fig 2 Effect of mixed cementitious materials on mechanical properties of modified raw soil综合各组抗压强度的分析，可知掺入石灰等胶凝材料后对生土试样的抗压强度有提高，所产生的氢氧化钙使土壤中的Al2O3，SiO2的活性得以激发；粉煤灰、矿渣发生火山灰反应生成胶凝产物[14]同样有助于提高改性效果，但矿渣在碱性条件下比粉煤灰水化更充分，更能改善生土试样的孔结构[15-16]。
2.2 耐久性(软化系数)软化系数K表征的是材料耐水性能，以试件标准养护到28 d后，在水中浸泡1 d 的抗压强度I1与28 d的抗压强度I0之比来计算，其软化系数公式为软化系数越大，耐水性越好。
2.2.1 单掺组图3为不同石灰单掺情况下测得的改性生土软化系数。
从图3可看出，石灰的掺入能明显提高生土的软化系数，其中纯生土试样在进行耐久性试验时，遇水发生溃散，软化系数为0；当石灰掺量为10%时，改性生土试样的软化系数便可达到0.80；当石灰掺量为15%，20%时，软化系数分别提高到0.83，0.90，说明石灰的掺量越多，改性生土试样的耐久性越好。