生石灰改良高液限土试验研究

生石灰改良高液限土试验研究

摘要：本文通过试验的方法研究了经生石灰改性后的高液限土的物理力学性质，总结了不同灰剂量生石灰改良土的液限、塑限、塑性指数以及无荷膨胀率随时间的变化规律；通过干湿循环试验验证了石灰改良土在干湿交替状态下的变形及强度特性。试验结果表明：掺入一定量的生石灰以后，高液限土的含水率能够降低到最优含水率附近；生石灰改性后的高液限土在经过一定时间的养护后，可塑性、膨胀性大大降低；素土的水稳定性较差，不能满足工程需要，经生石灰改良后的高液限土具有很好水稳定性。关键词：高液限粘土，生石灰，界限含水率，膨胀率，干湿循环

1. 引言

高速公路建设中，受山区土源、工程造价、项目性质（环境友好型）等因素制约将有大量的高液限土需要作为路堤填料使用。公路规范[1]规定高液限土不得直接作为路基填料。根据《公路土工试验规程》[2](JTG E40—2007)将高液限土分为高液限粘土、含砂高液限粘土、含砾高液限粘土、高液限粉土、含砂高液限粉土、含砾高液限粉土。本文选取具有代表性的高液限粘土，采用添加生石灰的方法对其进行改性，通过室内试验的方法来研究经过生石灰改性后的高液限土的物理力学性质及水稳定性，为确定生石灰改良高液限土做为路基填料的合理掺量提供参考。

2. 生石灰改良高液限土的物理力学性质研究

由于高液限粘土具有天然含水率高、液限高、塑性指数大的特点，且具有一定的膨胀性，为此本节就针对高液限土的这些基本性质，通过生石灰降低土料含水率试验、击实试验、界限含水率试验、自由膨胀率试验、无荷膨胀率试验来研究生石灰改性后的高液限土的性质。试验用土的基本指标见表1。

表1 试验用土的基本指标

2.1 生石灰降低高液限粘土含水率试验

由于高液限土的天然含水率较高，而保水性又较强，通过晾晒的方法降低含水率比较困难[3，4]，为了验证生石灰降低高液限土含水率的效果，进行了生石灰降低高液限土料含水率的试验。

将灰剂量为2%、4%、6%、8%的生石灰掺入高液限土中（灰土比为干土质量比），焖灰三天后测其含水率，焖灰期间每天翻拌一次，以使石灰和土均匀接触。三天后测其含水率，试验结果见表2。焖灰后的含水率和相应灰剂量的生石灰改良土的最优含水率的关系见图1。

%

表 2 焖灰后含水率和最优含水率随灰剂量的变化关系

33

（ 31

29

27

25 23

210

1

2

3

4

5

6

7 8

灰剂量（%）

图 1 高液限土含水率随灰剂量的变化关系

由表 2 及图 1 可知，随着灰剂量的增加，焖灰后的高液限土含水率和最优含水率之间的 差值在逐渐减小，灰剂量为 4%时，两者的差值只有 3.6%；灰剂量为 8%时，两者的几乎相等。 因此，高液限土掺一定量的生石灰焖灰 3 天后，稍经晾晒或者不经晾晒便可以把天然含水量 降至工程上期望的最优含水率附近，继而大大缩短工期，提高了经济效益。由此可见，采用 掺生石灰降低高液限粘土的含水率是一种行之有效的方法。

2.2 生石灰改良高液限土的界限含水率变化规律

根据击实试验所得的最大干密度和最优含水率，将不同灰剂量的石灰改良土按 93%的压 实度静压法成样，然后把试样放在相应灰剂量的灰土中养护，养护用土用木槌敲实，待其养 护 3 天，7 天，14 天，28 天时将其取出，用刀削下一块风干后过 0.5mm 筛用来做液塑限试 验。液限、塑性指数随灰剂量的变化关系见图 2，随时间的变化关系见图 3。

由图 2 和图 3 可知，随着灰剂量的增加，高液限土的液限、塑性指数变小，塑限变大， 这就说明掺入石灰后土中的粘粒含量减少、土颗粒的亲水性变弱。

石灰掺入后的前 7 天，石灰和土的反应比较剧烈，液限、塑性指数变化比较明显，说明 生石灰与土颗粒发生了各种复杂的物理化学变化，改变了土体的内部结构，使得改良后的高 液限土液限降低、塑限升高、塑性指数变小。

4%灰剂量是一个明显的转折点，从图上可以看出，石灰改良土的液限、塑限、塑性指 数的变化在灰剂量超过 4%以后就趋于平缓。

% 图2 液限随灰剂量的变化关系图3 塑性指数随灰剂量的变化关系

由图2 和图3 可知，随着灰剂量的增加，高液限土的液限、塑性指数变小，塑限变大，这就说明掺入石灰后土中的粘粒含量减少、土颗粒的亲水性变弱。

石灰掺入后的前7 天，石灰和土的反应比较剧烈，液限、塑性指数变化比较明显，说明生石灰与土颗粒发生了各种复杂的物理化学变化，改变了土体的内部结构，使得改良后的高液限土液限降低、塑限升高、塑性指数变小。

4%灰剂量是一个明显的转折点，从图上可以看出，石灰改良土的液限、塑限、塑性指数的变化在灰剂量超过4%以后就趋于平缓。

2.3 生石灰改良高液限土的膨胀性规律

因为高液限粘土具有一定的膨胀性，消除高液限粘土的破坏性膨胀是高液限粘土施工的关键环节[5]。本节通过自由膨胀率试验和无荷膨胀率试验来研究生石灰改性后的高液限土的膨胀性。其中自由膨胀率、无荷膨胀率试验均按照规范[2]进行，制样及养护方法同界限含水率试验。试验结果如图4、图5。

膨胀率（

35

30

）

25

20

15

10

5

03天7天14天28天

0 2 4 6 8

灰剂量（%）

图4 自由膨胀率随灰剂量的变化关系图5 无荷膨胀率随养护时间的变化关系

由图4 及图5 可以看出，经石灰改性后的高液限的膨胀性得到了明显的改善：养护7天时，4%灰剂量石灰改良土的自由膨胀率只有7.5%，远远低于素土的32%；无荷膨胀率为0.025%，几乎没有任何膨胀。这是由于改良土中的Ca2+ 与粘土胶体颗粒反离子层上的K+、Na+进行交换，胶体吸附层减薄，降低了其亲水性的缘故。