石灰改良紅黏土性能的劣化機(jī)理與再生技術(shù).pdf

1、紅黏土是由石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽類在潮濕炎熱氣候條件下經(jīng)風(fēng)化作用而形成的紅褐色黏土。紅黏土具有天然含水量高、高液塑限、空隙較大、裂隙發(fā)育、遇水泥化失水收縮等不良的工程特性,在工程運(yùn)用中,屬于一種典型的“問題土”。在工程建設(shè)中,通過摻石灰改良有效的解決了高液限土、膨脹土、軟土等特殊黏土的不良工程特征問題。如何掌握石灰改良紅黏土的力學(xué)性能、高效利用該類改良土以及重復(fù)利用石灰穩(wěn)定紅黏土是當(dāng)前工程實(shí)際亟需解決的問題。
　　本研究結(jié)合石灰改

2、良紅黏土在工程建設(shè)(路基填筑)中的應(yīng)用,開展了不同土團(tuán)粒徑紅黏土摻石灰改良后的強(qiáng)度試驗(yàn),探討石灰改良紅黏土的強(qiáng)度影響機(jī)制。模擬石灰穩(wěn)定紅黏土長期碳化作用,結(jié)合微觀試驗(yàn)研究石灰穩(wěn)定紅黏土的長期力學(xué)性能。通過試驗(yàn)探索石灰穩(wěn)定紅黏土在重塑后的力學(xué)性能及劣化機(jī)制,并通過摻加水泥,石灰再次對重塑石灰土進(jìn)行改良,研究石灰穩(wěn)定紅黏土在重塑后的強(qiáng)度再生機(jī)制,為該類土的重復(fù)利用提供有利價(jià)值。研究的主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1)針對紅黏土由于不良水理

3、特性而表現(xiàn)出的土粒成團(tuán)現(xiàn)象,通過對不同粒徑的高液限紅黏土團(tuán)及改良石灰土團(tuán)進(jìn)行了承載比試驗(yàn),研究了土團(tuán)尺寸大小對擊實(shí)特性、水穩(wěn)性特征及其承載比強(qiáng)度的影響規(guī)律,并分析了石灰對不同土團(tuán)尺寸紅黏土的改良效果,結(jié)果表明:干密度隨土團(tuán)直徑的增大呈現(xiàn)先增大后減小的特征,石灰土和素土的吸水率、膨脹率均隨土團(tuán)尺寸的增大,呈現(xiàn)先減小后增大的整體變化趨勢,石灰土的膨脹量要明顯小于素土,石灰的穩(wěn)定效果只對直徑小于5mm的土團(tuán)起到了明顯的抑制作用。由此可以看出,

4、現(xiàn)場施工中嚴(yán)格控制土團(tuán)的大小對保證土體的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性具有十分重要的意義。
　　2)碳化作用是石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度增長的機(jī)理之一,但長期的碳化作用下其強(qiáng)度是否一直起促進(jìn)作用沒有得到可靠的論證。通過開展石灰穩(wěn)定土擊實(shí)后養(yǎng)護(hù)和土樣養(yǎng)護(hù)后擊實(shí)兩種條件下的承載比強(qiáng)度試驗(yàn),探討壓實(shí)作用對碳化作用的影響,同時(shí)對比分析四種初始含水量的擊實(shí)試樣分別在碳化溶液和純水浸泡下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),論證長期碳化對石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度的作用效果。結(jié)果表明:在石灰穩(wěn)定土

5、強(qiáng)度初期碳化效應(yīng)是積極的,但石灰土中的碳酸鈣和硅酸鹽類膠結(jié)物在酸性溶液的長期作用下易于溶解,導(dǎo)致石灰穩(wěn)定土在長期碳化作用(大氣中酸雨作用)下強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)衰減,碳化效應(yīng)并非對石灰穩(wěn)定土的強(qiáng)度一直起增強(qiáng)作用。
　　3)石灰土在公路等工程中應(yīng)用很廣泛,隨著公路改擴(kuò)建等工程的迅速增多,面臨如何處理與利用廢棄石灰土的難題。通過對比分析素土、石灰土、重塑石灰土的壓縮、強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo),探討重塑石灰土的力學(xué)特征。結(jié)果表明:重塑石灰土壓縮系數(shù)較石灰土

6、提高了2~3倍,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失了30~40％、內(nèi)摩擦角增大了1.2倍、粘聚力降低了40%。提出用劣化系數(shù)(DC)評價(jià)重塑石灰土的力學(xué)特征劣化程度,從石灰處治紅黏土的團(tuán)?；⑻蓟?、灰結(jié)機(jī)制等角度分析了重塑石灰土性能劣化的本質(zhì)原因。
　　4)為再利用重塑后的石灰土,需進(jìn)一步探究重塑石灰土的強(qiáng)度再生機(jī)理,本研究對重塑后的石灰土再分別進(jìn)行加石灰和水泥再次改良,進(jìn)行了壓縮、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、直接剪切強(qiáng)度等試驗(yàn),對比分析石灰再改良、水泥再改

7、良后重塑石灰土的壓縮、強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)及其力學(xué)特性。結(jié)果表明:通過摻石灰水泥再改良后,重塑石灰土的壓縮系數(shù)較重塑石灰土降低50%,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度得到大幅提高,利用熱重分析法測試經(jīng)過石灰、水泥再改良后重塑石灰土,發(fā)現(xiàn)經(jīng)石灰再改良后促進(jìn)了Ca(OH)2與碳酸鈣膠結(jié)物的產(chǎn)生,將重塑后的石灰土粒很好的膠結(jié)起來形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu),而水泥再改良后由于水泥水化的放熱和水消耗,不利于Ca(OH)2結(jié)晶網(wǎng)格的生成,相比石灰再改良土而言,膠結(jié)能力降低,強(qiáng)度減小。石