膨胀土路基填料的改良方法

膨胀土路基填料的改良方法
【专利摘要】本发明涉及膨胀土路基填料的改良方法。膨胀土具有遇水膨胀软化而丧失强度、失水收缩开裂的特征，工程性质差。本发明分层或分多层堆积生石灰和膨胀土；分层堆积的同时洒水使石灰充分消化，洒水量视混合土的天然含水量而定；静置24小时后，经过一昼夜的反应，石灰膨胀土混合料中粒径不大于5.0cm的土粒已达总重的80%以上，符合填筑要求，无需过筛；掺入炉渣拌合至混合料的色泽一致；分层碾压。本发明利用石灰中的钙、镁与膨胀土中的粘土矿物硅、铝等相互作用，改善膨胀土的工程性质；掺入一定量的粗骨料炉渣，以形成骨架作用，提高混合料的抗干裂性能，从而达到改良膨胀土路基填料的目的。
【专利说明】
膨胀土路基填料的改良方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种路基填料，具体涉及一种膨胀土路基填料的改良方法。
【背景技术】
[0002]膨胀土含有大量的膨胀性粘土矿物，如蒙脱石、伊利石、高岭石以及绿泥石等。膨胀土具有与水膨胀软化而丧失强度、失水收缩开裂、反复变形与强度变化的特征，其工程性质极差，素有工程中的癌症之称。
[0003]在铁路路基填筑施工中，膨胀土不能作为填料直接使用，不得已而采用时，必须采取土质改良措施。在膨胀土中添加一定量的掺合物后，无论是产生简单的物理变化，还是产生复杂的物理化学变化，都可程度不同地改变膨胀土的性质，使其膨胀性减弱，强度提高。
[0004]在粘土中掺入石灰可有效地改善其工程性质，这种方法由来已久。在膨胀土中加入石灰也会起到改善其工程性质的作用。然而问题的关键在于如何确定石灰的合理用量，特别是如何在施工现场将石灰均匀地拌合到膨胀土中，需要有一个简单易行的解决方案。之前的加掺合料的方案一直不易被施工单位所采纳。因此，寻求石灰合理用量及更好的拌合方法，是石灰掺合料改良膨胀土的方案得以实施的关键所在。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种膨胀土路基填料的改良方法，能有效改善膨胀土的工程性质。现场施工拌合方法简单易行，易于推广。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
膨胀土路基填料的改良方法，其特征在于:
由以下步骤实现:
步骤一:测定膨胀土不同石灰含量的PH值，进行石灰土的酸碱度试验，确定满足强碱环境的石灰用量;然后作不同配比石灰土的养生28天无侧限抗压强度，以确定最佳石灰用量；步骤二:将试验最佳石灰用量重量比换算为施工现场生石灰和膨胀土的体积比，分层或分多层堆积生石灰和膨胀土，现场施工层厚为生石灰:膨胀土=0.1:0.625m;分层堆积的同时洒水使生石灰充分消化，洒水量视混合土的天然含水量而定，使混合土的含水量大于最优含水率的2%，用来弥补铺开和整平操作中的水分损失；
步骤三:分层堆积生石灰和膨胀土静置24小时后，经过一昼夜的反应，石灰膨胀土混合料中粒径不大于5.0cm的土粒可达总重的80%以上，符合填筑要求，无需过筛;掺入炉渣拌合至混合料的色泽一致，掺入炉渣与石灰膨胀土混合料的体积比为1:5;石灰炉渣膨胀土混合料也可采用路拌法，即在填筑路基时直接虚铺混合料，用铧犁耕拌，使其达到上下色泽一致；
步骤四:分层碾压，层厚不大于0.3m，从路基两侧逐渐压至线路中心；
碾压完毕后7-10天洒水养护，洒水量以表面无积水为宜，28天应避免对填土体表面有过大扰动。
[0007]本发明具有以下优点:
本发明将生石灰以一定的方式和施工程序掺入膨胀土中，由于石灰中的主要成分钙、镁与膨胀土中的粘土矿物硅、铝等相互作用发生一系列物理化学反应，即产生阳离子交换作用、胶凝作用、絮凝作用和碳化作用，从而改善膨胀土的工程性质。此外掺入一定量的粗骨料炉渣，以形成骨架作用，可提高混合料的抗干裂性能，从而达到改良膨胀土路基填料的目的。经改良的膨胀土路基填料塑性明显降低，胀缩特性基本消除，强度和水稳性条件都能满足工程要求，击实性得到明显改善。
【具体实施方式】
[0008]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0009]本发明涉及的膨胀土路基填料的改良方法，包括以下步骤:
步骤一:测定膨胀土不同石灰含量的PH值，进行石灰土的酸碱度试验，确定满足强碱环境的石灰用量;然后作不同配比石灰土的养生28天无侧限抗压强度，以确定最佳石灰用量。
[0010]pH值用电测法确定，其仪器、试剂等均按水利部发布的中华人民共和国行业标准《土工试验规程》SL237-062-1999的规定，另外补充以下几点:I)用缓冲溶液标定PH计;2)将纯水煮沸5min，排除水中的二氧化碳气体;3)称取过2mm筛的风干土样50g，精确至0.0lg，然后按要求的配合比加入石灰，拌合均匀;4)在以上石灰土样品中称取20g，倒入塑料瓶中，再加入无二氧化碳纯水10ml (土水比为1: 5); 5)将塑料瓶间歇摇晃振荡30min，再静置30min后将液体倒入塑料杯中，即可测定PH值。
[0011]如果，石灰:膨胀土 = m:100(重量比)，本发明提供的pH值实测结果为:当m>8时，随着石灰用量m的增大，pH值的增量很小，当石灰用量m=14时，pH值达到最大值PHmax=12.5;据此判定最佳石灰用量大致在m=8?14之间；取石灰用量m=10、m=14作养生28天的无侧限抗压强度分别为:qu1=1591 kPa ； qui4=1380kPa ；据此取m=l O为最佳石灰用量。
[0012]步骤二:将试验最佳石灰用量重量比换算为施工现场生石灰和膨胀土的体积比，易于施工现场操作。分层或分多层堆积生石灰和膨胀土，本发明提供的现场施工层厚为生石灰:膨胀土=0.1:0.625m;分层堆积的同时洒水使生石灰充分消化，洒水量视混合土的天然含水量而定，使混合土的含水量略大于最优含水率的2%，用来弥补铺开和整平操作中的水分损失。
[0013]最优含水率由击实试验确定。击实试验按铁道部发布的中华人民共和国行业标准《铁路工程土工试验规程》TB10102-2010的标准及操作步骤执行。本发明提供的石灰土的最优含水率为18?22%，在此范围内都可达到最大干密度。
[0014]步骤三:分层堆积生石灰和膨胀土静置24小时后，经过一昼夜的反应，石灰膨胀土混合料中粒径不大于5.0cm的土粒已达总重的80%以上，符合填筑要求，无需过筛。掺入炉渣拌合至混合料的色泽一致，掺入炉渣与石灰膨胀土混合料的体积比为1:5。石灰炉渣膨胀土混合料也可采用路拌法，即在填筑路基时直接虚铺混合料，用铧犁耕拌，使其达到上下色泽一 Sc ο
[0015]步骤四:分层碾压，层厚不大于0.3m，从路基两侧逐渐压至线路中心。
[0016]碾压完毕后7-10天洒水养护，洒水量以表面无积水为宜，28天应避免对填土体表面有过大扰动。
[0017]石灰与膨胀土的相互作用结果:A)阳离子交换:石灰的主要成分是氧化钙(CaO)，而膨胀土则以蒙脱石、伊利石为主组成;在膨胀土中掺入一定量的石灰以后，石灰中的Ca2+便与粘土颗粒表面的阳离子发生交换作用，使土中产生过量的Ca2+置换了土颗粒表面的部分金属阳离子，如K+、Fe2+等，其结果是膨胀土颗粒表面的带电状态被改变，这种改变又会使膨胀土颗粒很快的凝聚起来，从而提高了混合料的初期强度。B)凝硬:在土中阳离子交换作用发生后，石灰遇水将同土中的二氧化硅、氧化铝发生反应，形成复杂的化合物，如硅酸钙、铝酸钙等水化物，产生较强的粘结作用，大大提高了混合料的后期强度和耐久性。C)石灰的消化反应:生石灰遇水消化的过程要放出热量，化学反应式为Ca0+H20—Ca (0H) 2+15.6千卡/克分子;这种反应的结果是，其一降低了土体的含水量，二是生成的Ca(OH)2体积增大近一倍，进一步凝固了土体，两种结果都增强了土体的强度。D)碳酸化反应；生石灰(CaO)消化后，主要生成物是Ca(OH)2,它与土中、空气中的⑶2反应生成碳酸钙(CaCO3),对土起到了加固作用。
[0018]膨胀土中的硅和铝，只有在强碱环境中，才能同水和钙产生胶凝作用，以提高膨胀土的强度;石灰用量过多，一方面不经济，另一方面反而会使土损失一部分粘结性而降低其强度;所以必须从加固效果和经济效益两方面来综合考虑，以确定最佳石灰用量。本发明提供的膨胀土路基填料改良最佳石灰用量为石灰和膨胀土的体积比为4:25(分层堆积层厚比为0.1m: 0.625m)。掺入一定量的粗骨料炉渣，以形成骨架作用，可提高混合料的抗干裂性能，掺入炉渣与石灰膨胀土混合料的体积比为1:5。
[0019]膨胀土改良后工程性质的变化:I)塑性明显降低，亲水性减弱;膨胀土的液限和塑性指数都较高，属高液限粘土;膨胀土改良后塑性指数由20.1剧减到10.0，说明膨胀土改良后塑性明显降低，亲水性大大减弱。2)胀缩特性基本消除;改良后的自由膨胀率较之天然膨胀土急剧降低，可降低到天然膨胀土的25%;击实样的无荷膨胀率由天然膨胀土的8.31%降低到0.04?0.06%，基本消除了其胀缩特性。3)强度和水稳性条件都能满足工程要求;无侧限抗压强度是衡量改良土力学性质的重要指标，而干湿循环试验反应改良土对自然降水及蒸发过程的适应情况及其强度变化特征；改良土养生28天的无侧限抗压强度高达1591kPa，5次干湿循环后的无侧限抗压强度也能达到250 kPa，说明改良土的强度和水稳性条件都是很好的，能满足工程要求。4)击实性明显改善;膨胀土的击实曲线较陡，最优含水率和最大干密度的峰值明显;改良土的击实曲线则比较平缓，峰值不明显，当含水量在最优含水率±2%范围内都可达到最大干密度，这一点对施工来说是非常有利的，即含水量在一定范围内变化都比较容易达到填筑压实标准。
[0020]石灰炉渣膨胀土混合料的抗渗性及抗干裂性都有很好的改善:掺炉渣前的改良土与掺炉渣后的混合料的渗透系数分别为6.71 X 10—5，1.60 X 10—5;干缩系数分别为0.00190，
0.00071;现场对比试验结果是:掺炉渣前的改良土，因失水而产生的裂缝、密度和深度均较掺炉渣后的混合料大2?3倍;混合料由于掺加粗骨料炉渣而形成骨架作用，其抗渗性及抗干裂性均有很好的改善。
[0021]本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.膨胀土路基填料的改良方法，其特征在于: 由以下步骤实现: 步骤一:测定膨胀土不同石灰含量的pH值，进行石灰土的酸碱度试验，确定满足强碱环境的石灰用量;然后作不同配比石灰土的养生28天无侧限抗压强度，以确定最佳石灰用量；步骤二:将试验最佳石灰用量重量比换算为施工现场生石灰和膨胀土的体积比，分层或分多层堆积生石灰和膨胀土，现场施工层厚为生石灰:膨胀土=0.1:0.625m;分层堆积的同时洒水使生石灰充分消化，洒水量视混合土的天然含水量而定，使混合土的含水量大于最优含水率的2%，用来弥补铺开和整平操作中的水分损失； 步骤三:分层堆积生石灰和膨胀土静置24小时后，经过一昼夜的反应，石灰膨胀土混合料中粒径不大于5.0cm的土粒可达总重的80%以上，符合填筑要求，无需过筛;掺入炉渣拌合至混合料的色泽一致，掺入炉渣与石灰膨胀土混合料的体积比为1:5;石灰炉渣膨胀土混合料也可采用路拌法，即在填筑路基时直接虚铺混合料，用铧犁耕拌，使其达到上下色泽一致； 步骤四:分层碾压，层厚不大于0.3m，从路基两侧逐渐压至线路中心； 碾压完毕后7-10天洒水养护，洒水量以表面无积水为宜，28天应避免对填土体表面有过大扰动。
【文档编号】E02D3/12GK105951551SQ201610309502
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】李成
【申请人】中铁第勘察设计院集团有限公司, 中铁第一勘察设计院集团有限公司