一种适用于寒区的改性石灰土及其制备方法与流程

本发明属于工程施工技术领域，具体涉及一种适用于寒区的改性石灰土及其制备方法。

背景技术：

修筑路基时，在无理想的土源时，软弱土有时也可作为路基填料来使用，这时就要利用石灰来改良。工程中常在土中掺入一定量的石灰，均匀搅拌而形成石灰土。因石灰土承载力高，有一定的抗压强度和抗拉强度，同时便于施工，而被广泛用于路基填土加固。石灰主要通过提高土颗粒间的胶结能力起到加固土壤的作用，同时也使土的压缩性下降。

但是，在我国东北、西北、青藏高原等最低月平均温度在-10℃以下的严寒地区使用时，传统的石灰土自身存在着缺陷，其一是抗冻性不足，石灰土的抗冻性较其他无机结合料低，并且在冻融作用下石灰土抗压强度随冻融循环明显降低，在严寒地区路基土的加固应用中有重大风险。其二就是延性较差，因石灰土的干缩特性十分明显，在路基土进行石灰加固过程中会产生较大体积的干缩，使其脆性增大和延性不足，造成土层开裂，而裂缝又会加速降雨、降雪等渗入土壤，降低路基土的强度，加剧路基的冻融破坏。因此，这些缺陷的存在限制了石灰土在严寒地区路基土加固领域的推广应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种适用于寒区的改性石灰土及其制备方法，改性石灰土的抗压强度、抗冻性增强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种适用于寒区的改性石灰土，由以下原料制备而成：土、质量为土的质量2％～10％的石灰、质量为土的质量0.10％～1％的黄麻纤维、质量为土的质量0.10％～1％的钢纤维、水。

进一步地，由以下原料制备而成：土、质量为土的质量4％的石灰、质量为土的质量0.25％的钢纤维、质量为土的质量0.25％的黄麻纤维、水。

进一步地，该黄麻纤维长度为5～20mm，直径为0.02～0.2mm，密度为1.0～1.7g/cm³；所述钢纤维长度为10～35mm，直径为0.08～0.15mm，密度为7.85g/cm³。

本发明还公开上述一种适用于寒区的改性石灰土的制备方法，该制备方法如下：称取上述各原料，土放入搅拌器中搅拌10min～20min，转速为100～150r/min，将水加入土样中，搅拌10min～20min，再加入石灰，继续搅拌10min～20min，然后加入黄麻纤维，继续搅拌10min～20min，最后加入钢纤维，继续搅拌10min～20min，即得。

本发明一种适用于寒区的改性石灰土具有如下优点：1.改性石灰土的抗压强度高，较普通土抗压强度提高6倍左右，较常规的石灰土抗压强度提高2倍左右。2.明显提高了石灰土的抗冻性，在多次冻融循环作用下，改性石灰土的抗压强度降低较少。3.利用纤维与土颗粒间的链接、不同纤维间的协同效应，提高了石灰土的延性，改性石灰土的脆性较常规的石灰土的脆性减小了250％左右。

附图说明

图1是本发明中无侧限抗压强度试验图；

图2是各实施例和对比例中的产品的无侧限抗压强度对比图；

图3是sem检测图；

图4是土体的脆性指数对比图。

具体实施方式

本发明一种适用于寒区的改性石灰土，由以下原料制备而成：土、质量为土的质量2％～10％的石灰、质量为土的质量0.10％～1％的黄麻纤维、质量为土的质量0.10％～1％的钢纤维、水。水的加入量满足：该改性石灰土中水的含量为10-20％。本发明中的水选用满足施工要求的当地水。土选自当地，为路基填土土源，满足工程施工要求。

进一步地，由以下原料制备而成：土、质量为土的质量4％的石灰、质量为土的质量0.25％的钢纤维、质量为土的质量0.25％的黄麻纤维、水。

进一步地，该黄麻纤维长度为5～20mm，直径为0.02～0.2mm，密度为1.0～1.7g/cm³；所述钢纤维长度为10～35mm，直径为0.08～0.15mm，密度为7.85g/cm³。

本发明还公开了上述的一种适用于寒区的改性石灰土的制备方法，该制备方法如下：称取上述各原料，土放入搅拌器中搅拌10min～20min，转速为100～150r/min，将水加入土样中，搅拌10min～20min，再加入石灰，继续搅拌10min～20min，然后加入黄麻纤维，继续搅拌10min～20min，最后加入钢纤维，继续搅拌10min～20min，即得。

为了使各原料充分混合，对土进行研磨。水的加入量是根据所选择的土样含水量决定的，最终使制得的产品中的含水量为10-20％。将各原料混合后搅拌，以搅拌均匀为准。

为了验证本发明中的适用于寒区的改性石灰土的性能优于传统的石灰土，进行对比试验，各对比例和实施例如表1所示：

表1各对比例和实施例的组分表

对对比例和实施例中产品的制备及检测具体描述如下：

对比例2：

一、将初始土样放到温度为105℃的恒温干燥箱中烘干24h，再放入球磨机中，研磨15min，转速为100r/min。

二、将一中所得土样放入搅拌器中搅拌15min，转速为120r/min，将质量占烘干土样质量18％的水加入土样中，搅拌15min，再加入质量占烘干土样质量4％的石灰，继续搅拌15min，如此便得到石灰土样。

三、将二中所得的石灰土样装入密封袋中密封，20℃恒温24h以上，然后将所得石灰土分层装入三瓣模制样器中制样，高度为12.5cm，直径为6.18cm，使土样干密度控制在1.9g/cm³。

四、将三中所得的石灰土试样放入温度为-18℃的冻融循环试验机中24h，然后将试样取出，再放入温度为18℃的冻融循环试验机中24h，如此为一次冻融循环。

五、将四所中得经历冻融循环次数分别为0次、1次、2次、3次和4次的石灰土试样装入无侧限抗压强度试验仪(tcq-10型)，进行无侧限抗压强度试验。

同时

对比例3：

一、将初始土样放到温度为105℃的恒温干燥箱中烘干24h，再放入球磨机中(转速为100r/min)研磨15min。

二、将一中所得土样放入搅拌器中搅拌15min，转速为120r/min，将质量占烘干土样质量18％的水加入土样中，搅拌15min，再加入质量占烘干土样质量4％的石灰，继续搅拌15min，然后加入质量占烘干土样质量0.25％的钢纤维，继续搅拌15min，如此便得到改良后的石灰土样。

三、将二中所得的石灰土样装入密封袋中密封，20℃恒温24h以上，然后将所得的改良石灰土分层装入三瓣模制样器中制样，高度为12.5cm，直径为6.18cm，使土样干密度控制在1.9g/cm³。

四、将三种所得改良后的石灰土试样放入温度为-18℃的冻融循环试验机中24h，然后将试样取出，再放入温度为18℃的冻融循环试验机中24h，如此为一次冻融循环。

五、将四中所得经历冻融循环次数分别为0次、1次、2次、3次和4次的改良后石灰土试样装入无侧限抗压强度试验仪(tcq-10型)，进行无侧限抗压强度试验。

实施例1：

一、将初始土样放到温度为105℃的恒温干燥箱中烘干24h，再放入球磨机中研磨15min，转速为100r/min；

二、将一中所得土样放入搅拌器中搅拌15min，转速为120r/min，将质量占烘干土样质量18％的水加入土样中，搅拌15min，再加入质量占烘干土样质量4％的石灰，继续搅拌15min，然后加入质量占烘干土样质量0.25％的黄麻纤维，继续搅拌10min～20min，最后加入质量占烘干土样质量0.25％的钢纤维，继续搅拌15min，如此便得到改良后的石灰土样。

三、将二中所得改良后的石灰土样装入密封袋中密封，20℃恒温24h以上，然后将所得的改良石灰土分层装入三瓣模制样器中制样，高度为12.5cm，直径为6.18cm，使土样干密度控制在1.9g/cm³。

四、将三中所得改良后的石灰土试样放入温度为-18℃的冻融循环试验机中24h，然后将试样取出，再放入温度为18℃的冻融循环试验机中24h，如此为一次冻融循环。

五、将四中所得经历冻融循环次数分别为0次、1次、2次、3次和4次的改良后石灰土试样装入无侧限抗压强度试验仪(tcq-10型)，进行无侧限抗压强度试验。

同时，对对比例1中的普通土样也进行无侧限抗压强度试验。各结果及对比如图1所示。从图中各个试样的无侧限抗压强度变化曲线可以看出，改良后的石灰土的抗压强度远高于普通土，本发明方法改良后的石灰土抗压强度明显高于其他三组，较普通土抗压强度提高6倍左右，较未改良的石灰土抗压强度提高2倍左右。，同时，在进行了4次冻融循环后，改良后的石灰土抗压强度降低较小。

对制备的样品进行sem检测，如图3所示，图3a为对比例2的未改良石灰土，图3b为实施例1制备的改良石灰土。从图中可以看出，本发明方法制备的石灰土土颗粒之间有明显的纤维链接，土的整体性较好，不易发生脆性破坏。

由土体在无侧限抗压强度实验过程中发生破坏时的偏应力和最终偏应力可以计算得到土体的脆性指数，如图4所示，可以反应土体的延性。脆性指数越大，土体的延性越不足，越容易发生脆性破坏。从图中可以得出，本发明中制备的改良石灰土的脆性指数均比对比例1中的普通土和对比例2中的石灰土有不同程度的降低，本发明方法改良后的石灰土的脆性指数比对比例1的石灰土减小了250％左右。

对各实施例制备的产品进行无侧限抗压强度试验，与对比例中的产品进行比对，如图2所示，采用本发明中的方法制备的改性石灰土的抗压强度得到提高。实施例1中的配比，产品的抗压强度更好，且随着冻融次数的增加，抗压强度的降低比较缓慢。