膨脹土路基填料的改良方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及膨脹土路基填料的改良方法。膨脹土具有遇水膨脹軟化而喪失強度、失水收縮開裂的特征，工程性質差。本發(fā)明分層或分多層堆積生石灰和膨脹土；分層堆積的同時灑水使石灰充分消化，灑水量視混合土的天然含水量而定；靜置24小時后，經(jīng)過一晝夜的反應，石灰膨脹土混合料中粒徑不大于5.0cm的土粒已達總重的80%以上，符合填筑要求，無需過篩；摻入爐渣拌合至混合料的色澤一致；分層碾壓。本發(fā)明利用石灰中的鈣、鎂與膨脹土中的粘土礦物硅、鋁等相互作用，改善膨脹土的工程性質；摻入一定量的粗骨料爐渣，以形成骨架作用，提高混合料的抗干裂性能，從而達到改良膨脹土路基填料的目的。
【專利說明】
膨脹土路基填料的改良方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種路基填料，具體涉及一種膨脹土路基填料的改良方法。
【背景技術】
[0002]膨脹土含有大量的膨脹性粘土礦物，如蒙脫石、伊利石、高嶺石以及綠泥石等。膨脹土具有與水膨脹軟化而喪失強度、失水收縮開裂、反復變形與強度變化的特征，其工程性質極差，素有工程中的癌癥之稱。
[0003]在鐵路路基填筑施工中，膨脹土不能作為填料直接使用，不得已而采用時，必須采取土質改良措施。在膨脹土中添加一定量的摻合物后，無論是產(chǎn)生簡單的物理變化，還是產(chǎn)生復雜的物理化學變化，都可程度不同地改變膨脹土的性質，使其膨脹性減弱，強度提高。
[0004]在粘土中摻入石灰可有效地改善其工程性質，這種方法由來已久。在膨脹土中加入石灰也會起到改善其工程性質的作用。然而問題的關鍵在于如何確定石灰的合理用量，特別是如何在施工現(xiàn)場將石灰均勻地拌合到膨脹土中，需要有一個簡單易行的解決方案。之前的加摻合料的方案一直不易被施工單位所采納。因此，尋求石灰合理用量及更好的拌合方法，是石灰摻合料改良膨脹土的方案得以實施的關鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種膨脹土路基填料的改良方法，能有效改善膨脹土的工程性質。現(xiàn)場施工拌合方法簡單易行，易于推廣。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是:
膨脹土路基填料的改良方法，其特征在于:
由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:測定膨脹土不同石灰含量的PH值，進行石灰土的酸堿度試驗，確定滿足強堿環(huán)境的石灰用量;然后作不同配比石灰土的養(yǎng)生28天無側限抗壓強度，以確定最佳石灰用量；步驟二:將試驗最佳石灰用量重量比換算為施工現(xiàn)場生石灰和膨脹土的體積比，分層或分多層堆積生石灰和膨脹土，現(xiàn)場施工層厚為生石灰:膨脹土=0.1:0.625m;分層堆積的同時灑水使生石灰充分消化，灑水量視混合土的天然含水量而定，使混合土的含水量大于最優(yōu)含水率的2%，用來彌補鋪開和整平操作中的水分損失；
步驟三:分層堆積生石灰和膨脹土靜置24小時后，經(jīng)過一晝夜的反應，石灰膨脹土混合料中粒徑不大于5.0cm的土?？蛇_總重的80%以上，符合填筑要求，無需過篩;摻入爐渣拌合至混合料的色澤一致，摻入爐渣與石灰膨脹土混合料的體積比為1:5;石灰爐渣膨脹土混合料也可采用路拌法，即在填筑路基時直接虛鋪混合料，用鏵犁耕拌，使其達到上下色澤一致；
步驟四:分層碾壓，層厚不大于0.3m，從路基兩側逐漸壓至線路中心；
碾壓完畢后7-10天灑水養(yǎng)護，灑水量以表面無積水為宜，28天應避免對填土體表面有過大擾動。
[0007]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明將生石灰以一定的方式和施工程序摻入膨脹土中，由于石灰中的主要成分鈣、鎂與膨脹土中的粘土礦物硅、鋁等相互作用發(fā)生一系列物理化學反應，即產(chǎn)生陽離子交換作用、膠凝作用、絮凝作用和碳化作用，從而改善膨脹土的工程性質。此外摻入一定量的粗骨料爐渣，以形成骨架作用，可提高混合料的抗干裂性能，從而達到改良膨脹土路基填料的目的。經(jīng)改良的膨脹土路基填料塑性明顯降低，脹縮特性基本消除，強度和水穩(wěn)性條件都能滿足工程要求，擊實性得到明顯改善。
【具體實施方式】
[0008]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0009]本發(fā)明涉及的膨脹土路基填料的改良方法，包括以下步驟:
步驟一:測定膨脹土不同石灰含量的PH值，進行石灰土的酸堿度試驗，確定滿足強堿環(huán)境的石灰用量;然后作不同配比石灰土的養(yǎng)生28天無側限抗壓強度，以確定最佳石灰用量。
[0010]pH值用電測法確定，其儀器、試劑等均按水利部發(fā)布的中華人民共和國行業(yè)標準《土工試驗規(guī)程》SL237-062-1999的規(guī)定，另外補充以下幾點:I)用緩沖溶液標定PH計;2)將純水煮沸5min，排除水中的二氧化碳氣體;3)稱取過2mm篩的風干土樣50g，精確至0.0lg，然后按要求的配合比加入石灰，拌合均勻;4)在以上石灰土樣品中稱取20g，倒入塑料瓶中，再加入無二氧化碳純水10ml (土水比為1: 5); 5)將塑料瓶間歇搖晃振蕩30min，再靜置30min后將液體倒入塑料杯中，即可測定PH值。
[0011]如果，石灰:膨脹土 = m:100(重量比)，本發(fā)明提供的pH值實測結果為:當m>8時，隨著石灰用量m的增大，pH值的增量很小，當石灰用量m=14時，pH值達到最大值PHmax=12.5;據(jù)此判定最佳石灰用量大致在m=8?14之間；取石灰用量m=10、m=14作養(yǎng)生28天的無側限抗壓強度分別為:qu1=1591 kPa ； qui4=1380kPa ；據(jù)此取m=l O為最佳石灰用量。
[0012]步驟二:將試驗最佳石灰用量重量比換算為施工現(xiàn)場生石灰和膨脹土的體積比，易于施工現(xiàn)場操作。分層或分多層堆積生石灰和膨脹土，本發(fā)明提供的現(xiàn)場施工層厚為生石灰:膨脹土=0.1:0.625m;分層堆積的同時灑水使生石灰充分消化，灑水量視混合土的天然含水量而定，使混合土的含水量略大于最優(yōu)含水率的2%，用來彌補鋪開和整平操作中的水分損失。
[0013]最優(yōu)含水率由擊實試驗確定。擊實試驗按鐵道部發(fā)布的中華人民共和國行業(yè)標準《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB10102-2010的標準及操作步驟執(zhí)行。本發(fā)明提供的石灰土的最優(yōu)含水率為18?22%，在此范圍內(nèi)都可達到最大干密度。
[0014]步驟三:分層堆積生石灰和膨脹土靜置24小時后，經(jīng)過一晝夜的反應，石灰膨脹土混合料中粒徑不大于5.0cm的土粒已達總重的80%以上，符合填筑要求，無需過篩。摻入爐渣拌合至混合料的色澤一致，摻入爐渣與石灰膨脹土混合料的體積比為1:5。石灰爐渣膨脹土混合料也可采用路拌法，即在填筑路基時直接虛鋪混合料，用鏵犁耕拌，使其達到上下色澤一 Sc ο
[0015]步驟四:分層碾壓，層厚不大于0.3m，從路基兩側逐漸壓至線路中心。
[0016]碾壓完畢后7-10天灑水養(yǎng)護，灑水量以表面無積水為宜，28天應避免對填土體表面有過大擾動。
[0017]石灰與膨脹土的相互作用結果:A)陽離子交換:石灰的主要成分是氧化鈣(CaO)，而膨脹土則以蒙脫石、伊利石為主組成;在膨脹土中摻入一定量的石灰以后，石灰中的Ca2+便與粘土顆粒表面的陽離子發(fā)生交換作用，使土中產(chǎn)生過量的Ca2+置換了土顆粒表面的部分金屬陽離子，如K+、Fe2+等，其結果是膨脹土顆粒表面的帶電狀態(tài)被改變，這種改變又會使膨脹土顆粒很快的凝聚起來，從而提高了混合料的初期強度。B)凝硬:在土中陽離子交換作用發(fā)生后，石灰遇水將同土中的二氧化硅、氧化鋁發(fā)生反應，形成復雜的化合物，如硅酸鈣、鋁酸鈣等水化物，產(chǎn)生較強的粘結作用，大大提高了混合料的后期強度和耐久性。C)石灰的消化反應:生石灰遇水消化的過程要放出熱量，化學反應式為Ca0+H20—Ca (0H) 2+15.6千卡/克分子;這種反應的結果是，其一降低了土體的含水量，二是生成的Ca(OH)2體積增大近一倍，進一步凝固了土體，兩種結果都增強了土體的強度。D)碳酸化反應；生石灰(CaO)消化后，主要生成物是Ca(OH)2,它與土中、空氣中的⑶2反應生成碳酸鈣(CaCO3),對土起到了加固作用。
[0018]膨脹土中的硅和鋁，只有在強堿環(huán)境中，才能同水和鈣產(chǎn)生膠凝作用，以提高膨脹土的強度;石灰用量過多，一方面不經(jīng)濟，另一方面反而會使土損失一部分粘結性而降低其強度;所以必須從加固效果和經(jīng)濟效益兩方面來綜合考慮，以確定最佳石灰用量。本發(fā)明提供的膨脹土路基填料改良最佳石灰用量為石灰和膨脹土的體積比為4:25(分層堆積層厚比為0.1m: 0.625m)。摻入一定量的粗骨料爐渣，以形成骨架作用，可提高混合料的抗干裂性能，摻入爐渣與石灰膨脹土混合料的體積比為1:5。
[0019]膨脹土改良后工程性質的變化:I)塑性明顯降低，親水性減弱;膨脹土的液限和塑性指數(shù)都較高，屬高液限粘土;膨脹土改良后塑性指數(shù)由20.1劇減到10.0，說明膨脹土改良后塑性明顯降低，親水性大大減弱。2)脹縮特性基本消除;改良后的自由膨脹率較之天然膨脹土急劇降低，可降低到天然膨脹土的25%;擊實樣的無荷膨脹率由天然膨脹土的8.31%降低到0.04?0.06%，基本消除了其脹縮特性。3)強度和水穩(wěn)性條件都能滿足工程要求;無側限抗壓強度是衡量改良土力學性質的重要指標，而干濕循環(huán)試驗反應改良土對自然降水及蒸發(fā)過程的適應情況及其強度變化特征；改良土養(yǎng)生28天的無側限抗壓強度高達1591kPa，5次干濕循環(huán)后的無側限抗壓強度也能達到250 kPa，說明改良土的強度和水穩(wěn)性條件都是很好的，能滿足工程要求。4)擊實性明顯改善;膨脹土的擊實曲線較陡，最優(yōu)含水率和最大干密度的峰值明顯;改良土的擊實曲線則比較平緩，峰值不明顯，當含水量在最優(yōu)含水率±2%范圍內(nèi)都可達到最大干密度，這一點對施工來說是非常有利的，即含水量在一定范圍內(nèi)變化都比較容易達到填筑壓實標準。
[0020]石灰爐渣膨脹土混合料的抗?jié)B性及抗干裂性都有很好的改善:摻爐渣前的改良土與摻爐渣后的混合料的滲透系數(shù)分別為6.71 X 10—5，1.60 X 10—5;干縮系數(shù)分別為0.00190，
0.00071;現(xiàn)場對比試驗結果是:摻爐渣前的改良土，因失水而產(chǎn)生的裂縫、密度和深度均較摻爐渣后的混合料大2?3倍;混合料由于摻加粗骨料爐渣而形成骨架作用，其抗?jié)B性及抗干裂性均有很好的改善。
[0021]本發(fā)明的內(nèi)容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.膨脹土路基填料的改良方法，其特征在于: 由以下步驟實現(xiàn): 步驟一:測定膨脹土不同石灰含量的pH值，進行石灰土的酸堿度試驗，確定滿足強堿環(huán)境的石灰用量;然后作不同配比石灰土的養(yǎng)生28天無側限抗壓強度，以確定最佳石灰用量；步驟二:將試驗最佳石灰用量重量比換算為施工現(xiàn)場生石灰和膨脹土的體積比，分層或分多層堆積生石灰和膨脹土，現(xiàn)場施工層厚為生石灰:膨脹土=0.1:0.625m;分層堆積的同時灑水使生石灰充分消化，灑水量視混合土的天然含水量而定，使混合土的含水量大于最優(yōu)含水率的2%，用來彌補鋪開和整平操作中的水分損失； 步驟三:分層堆積生石灰和膨脹土靜置24小時后，經(jīng)過一晝夜的反應，石灰膨脹土混合料中粒徑不大于5.0cm的土粒可達總重的80%以上，符合填筑要求，無需過篩;摻入爐渣拌合至混合料的色澤一致，摻入爐渣與石灰膨脹土混合料的體積比為1:5;石灰爐渣膨脹土混合料也可采用路拌法，即在填筑路基時直接虛鋪混合料，用鏵犁耕拌，使其達到上下色澤一致； 步驟四:分層碾壓，層厚不大于0.3m，從路基兩側逐漸壓至線路中心； 碾壓完畢后7-10天灑水養(yǎng)護，灑水量以表面無積水為宜，28天應避免對填土體表面有過大擾動。
【文檔編號】E02D3/12GK105951551SQ201610309502
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】李成
【申請人】中鐵第勘察設計院集團有限公司, 中鐵第一勘察設計院集團有限公司