本发明属于路基填料制备技术领域，具体涉及一种红砂岩改良土及其制备方法。
背景技术：
为了适应经济的快速发展，修建地铁成为了许多地区的迫切需要，而我国西北地区在地铁深基坑的开挖过程中，遇到了大量的红砂岩。红砂岩具有成岩作用差，遇水扰动极易软化且呈现散沙状，暴露地表易风化崩解的特性，是一种不良的路基填料。但是，如果直接将施工过程中遇到的红砂岩挖出，则会造成严重的生态环境污染，并提高工程造价，造成不必要的资源浪费。因此如何处理开挖过程中遇到的红砂岩成为了亟待解决的问题。
为了保护生态环境并减少工程造价，人们常常会对天然土体进行改良，使其成为达到路基填筑标准的优质填料。目前，对于红砂岩的改良研究发展较慢，尤其对红砂岩的改良剂的研究尚不完善。而黄土是一种在中国西北地区分布很广的土体，资源丰富且成本较低。
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，提供了一种红砂岩改良土。该红砂岩改良土将不同粒径范围的红砂岩进行级配，并同时采用黄土、水泥和石灰作为原料，有效促进了各原料的充分混合均匀，并发生反应产生粘附作用，增强了红砂岩改良土的粘连性能，提高了红砂岩改良土的路用性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种红砂岩改良土，其特征在于，由以下原料制备而成：红砂岩、黄土、石灰和水泥，其中，黄土的质量为红砂岩质量的20％～40％，石灰的质量为红砂岩质量的5％～9％，水泥的质量为红砂岩质量的3～9％；所述红砂岩改良土的含水量为8％～12％；所述红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm25％～40％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm30％～45％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm30％～40％。
上述的一种红砂岩改良土，其特征在于，所述黄土的质量为红砂岩质量的30％～40％，石灰的质量为红砂岩质量的5～7％，水泥的质量为红砂岩质量的3％～5％。
上述的一种红砂岩改良土，其特征在于，所述红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm25％～30％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm35％～40％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm30％～40％。
上述的一种红砂岩改良土，其特征在于，所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，所述黄土为马兰黄土。
另外，本发明还提供了一种红砂岩改良土的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将步骤二中得到的三种不同粒径范围的红砂岩分别与占黄土总质量三分之一的黄土进行混合，得到三种红砂岩-黄土混合料；
步骤三、将步骤二中得到的三种红砂岩-黄土混合料混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入石灰和水泥混合均匀，再喷洒水混合均匀并闷料，得到红砂岩改良土。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述闷料的时间为12h以上。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用黄土作为主要改良剂对红砂岩进行改良制备红砂岩改良土，首先将不同粒径范围的红砂岩进行级配，有效促进了与各原料的充分混合均匀，使黄土、水泥和石灰充分均匀分布在红砂岩颗粒间的空隙中，减少了红砂岩改良土中的空隙，提高红砂岩改良土的致密度，改善了红砂岩结构疏松、遇水易散沙的性能，然后利用黄土具有含水量较高且粘性大、颗粒均匀的特点，通过控制黄土的加入量来调节红砂岩改良土中的含水量，使得黄土中的二氧化硅、三氧化二铝与水泥和石灰在水存在的条件下发生反应，生成水合物并粘附在红砂岩颗粒上，同时水合物之间也发生粘连，从而增强了红砂岩改良土的粘连性能，进一步提高了红砂岩改良土的路用性能。
2、本发明采用黄土并辅以水泥和石灰对红砂岩进行改良，由于水泥和石灰与水会发生反应，进一步增强红砂岩改良土的粘连性能，改善了红砂岩改良土的路用性能，因此。本发明的红砂岩改良土具有良好的抗水干扰性能，进一步扩大了红砂岩改良土的应用范围，并可很好地抵御应用环境中的渗水不良影响。
3、本发明先将不同粒度红砂岩分别与黄土混匀后再进行混匀，提高了红砂岩与黄土的混合均匀程度，有效填充了级配后不同红砂岩颗粒间的空隙，然后依次加入石灰和水泥混匀，进一步填充中间混合料中的空隙，再喷洒水并闷料，促进了黄土与石灰、水泥的充分反应，进一步增强了红砂岩改良土的粘连性能，使其适合于路用。
4、本发明采用黄土为主料对红砂岩进行改良，方法简单，容易实现，可在深基坑施工现场直接进行制备，并将红砂岩改良土回填做为路基填料，避免了施工过程中直接将红砂岩挖出弃用，从而避免了生态环境污染，降低了工程造价；另外，黄土的资源丰富，成本较低，进一步降低了制备成本，实现了对自然资源的充分合理利用。
5、本发明的原料来源广泛，成本较低，生产周期短，且节能降耗，绿色环保。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的红砂岩改良土由以下原料制备而成：红砂岩、马兰黄土、石灰和水泥，其中，马兰黄土的质量为红砂岩质量的20％，石灰的质量为红砂岩质量的8％，水泥的质量为红砂岩质量的5％；所述红砂岩改良土的含水量为8％；所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm30％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm35％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm35％。
本实施例红砂岩改良土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到粒径大于0.5mm且不超过2mm、粒径大于0.25mm且不超过0.5mm和粒径大于0.075mm且不超过0.25mm三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将30kg步骤二中得到的粒径大于0.5mm且不超过2mm的红砂岩与6.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料1，将35kg
步骤二中得到的粒径大于0.25mm且不超过0.5mm的红砂岩与6.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料2，将35kg步骤二中得到的粒径大于0.075mm且不超过0.25mm的红砂岩与6.66kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料3；
步骤三、将步骤二中得到的红砂岩-黄土混合料1、红砂岩-黄土混合料2和红砂岩-黄土混合料3混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入8kg石灰和5kg水泥混合均匀，再喷洒2kg水混合均匀并闷料14h，得到红砂岩改良土。
实施例2
本实施例的红砂岩改良土由以下原料制备而成：红砂岩、马兰黄土、石灰和水泥，其中，马兰黄土的质量为红砂岩质量的30％，石灰的质量为红砂岩质量的6％，水泥的质量为红砂岩质量的5％；所述红砂岩改良土的含水量为10％；所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm27％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm35％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm38％。
本实施例红砂岩改良土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到粒径大于0.5mm且不超过2mm、粒径大于0.25mm且不超过0.5mm和粒径大于0.075mm且不超过0.25mm三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将27kg步骤二中得到的粒径大于0.5mm且不超过2mm的红砂岩与10kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料1，将35kg步骤二中得到的粒径大于0.25mm且不超过0.5mm的红砂岩与10kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料2，将38kg步骤二中得到的粒径大于0.075mm且不超过0.25mm的红砂岩与10kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料3；
步骤三、将步骤二中得到的红砂岩-黄土混合料1、红砂岩-黄土混合料2和红砂岩-黄土混合料3混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入6kg石灰和5kg水泥混合均匀，再喷洒1.5kg水混合均匀并闷料12h，得到红砂岩改良土。
实施例3
本实施例的红砂岩改良土由以下原料制备而成：红砂岩、马兰黄土、石灰和水泥，其中，马兰黄土的质量为红砂岩质量的35％，石灰的质量为红砂岩质量的7％，水泥的质量为红砂岩质量的6％；所述红砂岩改良土的含水量为10％；所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm30％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm38％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm32％。
本实施例红砂岩改良土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到粒径大于0.5mm且不超过2mm、粒径大于0.25mm且不超过0.5mm和粒径大于0.075mm且不超过0.25mm三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将30kg步骤二中得到的粒径大于0.5mm且不超过2mm的红砂岩与11.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料1，将38kg步骤二中得到的粒径大于0.25mm且不超过0.5mm的红砂岩与11.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料2，将32kg步骤二中得到的粒径大于0.075mm且不超过0.25mm的红砂岩与11.66kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料3；
步骤三、将步骤二中得到的红砂岩-黄土混合料1、红砂岩-黄土混合料2和红砂岩-黄土混合料3混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入8kg石灰和5kg水泥混合均匀，再喷洒2kg水混合均匀并闷料15h，得到红砂岩改良土。
实施例4
本实施例的红砂岩改良土由以下原料制备而成：红砂岩、马兰黄土、石灰和水泥，其中，马兰黄土的质量为红砂岩质量的40％，石灰的质量为红砂岩质量的9％，水泥的质量为红砂岩质量的7％；所述红砂岩改良土的含水量为12％；所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm40％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm30％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm30％。
本实施例红砂岩改良土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到粒径大于0.5mm且不超过2mm、粒径大于0.25mm且不超过0.5mm和粒径大于0.075mm且不超过0.25mm三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将40kg步骤二中得到的粒径大于0.5mm且不超过2mm的红砂岩与13.33kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料1，将30kg步骤二中得到的粒径大于0.25mm且不超过0.5mm的红砂岩与13.33kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料2，将30kg步骤二中得到的粒径大于0.075mm且不超过0.25mm的红砂岩与13.34kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料3；
步骤三、将步骤二中得到的红砂岩-黄土混合料1、红砂岩-黄土混合料2和红砂岩-黄土混合料3混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入9kg石灰和7kg水泥混合均匀，再喷洒1.8kg水混合均匀并闷料18h，得到红砂岩改良土。
实施例5
本实施例的红砂岩改良土由以下原料制备而成：红砂岩、马兰黄土、石灰和水泥，其中，马兰黄土的质量为红砂岩质量的25％，石灰的质量为红砂岩质量的5％，水泥的质量为红砂岩质量的3％；所述红砂岩改良土的含水量为9％；所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm25％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm45％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm30％。
本实施例红砂岩改良土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到粒径大于0.5mm且不超过2mm、粒径大于0.25mm且不超过0.5mm和粒径大于0.075mm且不超过0.25mm三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将25kg步骤二中得到的粒径大于0.5mm且不超过2mm的红砂岩与8.33kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料1，将45kg步骤二中得到的粒径大于0.25mm且不超过0.5mm的红砂岩与8.33kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料2，将30kg步骤二中得到的粒径大于0.075mm且不超过0.25mm的红砂岩与8.34kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料3；
步骤三、将步骤二中得到的红砂岩-黄土混合料1、红砂岩-黄土混合料2和红砂岩-黄土混合料3混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入5kg石灰和3kg水泥混合均匀，再喷洒2kg水混合均匀并闷料20h，得到红砂岩改良土。
实施例6
本实施例的红砂岩改良土由以下原料制备而成：红砂岩、马兰黄土、石灰和水泥，其中，马兰黄土的质量为红砂岩质量的38％，石灰的质量为红砂岩质量的6％，水泥的质量为红砂岩质量的9％；所述红砂岩改良土的含水量为10％；所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm30％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm30％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm40％。
本实施例红砂岩改良土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到粒径大于0.5mm且不超过2mm、粒径大于0.25mm且不超过0.5mm和粒径大于0.075mm且不超过0.25mm三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将30kg步骤二中得到的粒径大于0.5mm且不超过2mm的红砂岩与12.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料1，将30kg步骤二中得到的粒径大于0.25mm且不超过0.5mm的红砂岩与12.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料2，将40kg步骤二中得到的粒径大于0.075mm且不超过0.25mm的红砂岩与12.66kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料3；
步骤三、将步骤二中得到的红砂岩-黄土混合料1、红砂岩-黄土混合料2和红砂岩-黄土混合料3混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入6kg石灰和9kg水泥混合均匀，再喷洒3kg水混合均匀并闷料14h，得到红砂岩改良土。
实施例7
本实施例的红砂岩改良土由以下原料制备而成：红砂岩、马兰黄土、石灰和水泥，其中，马兰黄土的质量为红砂岩质量的35％，石灰的质量为红砂岩质量的7％，水泥的质量为红砂岩质量的4％；所述红砂岩改良土的含水量为11％；所述红砂岩取自第三系红砂岩地层，红砂岩的粒径组成及对应质量含量为：粒径大于0.5mm且不超过2mm30％，粒径大于0.25mm且不超过0.5mm40％，粒径大于0.075mm且不超过0.25mm30％。
本实施例红砂岩改良土的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将红砂岩采用机械破碎后进行筛分，得到粒径大于0.5mm且不超过2mm、粒径大于0.25mm且不超过0.5mm和粒径大于0.075mm且不超过0.25mm三种不同粒径范围的红砂岩；
步骤二、将30kg步骤二中得到的粒径大于0.5mm且不超过2mm的红砂岩与11.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料1，将40kg步骤二中得到的粒径大于0.25mm且不超过0.5mm的红砂岩与11.67kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料2，将30kg步骤二中得到的粒径大于0.075mm且不超过0.25mm的红砂岩与11.66kg的马兰黄土混合均匀，得到红砂岩-黄土混合料3；
步骤三、将步骤二中得到的红砂岩-黄土混合料1、红砂岩-黄土混合料2和红砂岩-黄土混合料3混合均匀，得到中间混合料，然后向中间混合料中依次加入7kg石灰和4kg水泥混合均匀，再喷洒2.2kg水混合均匀并闷料16h，得到红砂岩改良土。
对比例1
本对比例与实施例7的不同之处在于：未加入石灰。
对比例2
本对比例与实施例7的不同之处在于：未加入水泥。
对比例3
本对比例与实施例7的不同之处在于：未加入黄土。
对比例4
本对比例与实施例7的不同之处在于：所述红砂岩的粒径均大于0.25mm且不超过0.5mm。
对实施例1～实施例7和对比例1～对比例4制备的红砂岩改良土的干密度、黏聚力、内摩擦角和压缩模量性能分别进行检测：(1)黏聚力和内摩擦角检测：取红砂岩改良土对应的干密度试样用于剪切试样，每组试验四个平行试样，剪切试验采用zj型四联应变控制式直剪仪，剪切速率为0.8mm/min，分别施加100kpa、200kpa、300kpa和400kpa的垂直压力，试样在2min～5min内剪坏，破坏后求得各干密度试样的粘聚力和内摩擦角；(2)压缩模量检测：取红砂岩改良土对应的干密度试样用于压缩试验，按50kpa、100kpa、200kpa和300kpa逐级加载，施加每级压力后每小时变形≤0.01mm为稳定标准，按此步骤逐级加压至试验结束，记录变形数据并计算压缩模量；结果如下表1所示。
表1本发明实施例1～实施例7和对比例1～对比例4制备的红砂岩改良土的性能检测结果
由表1可知，本发明实施例1～实施例7和对比例1～对比例4制备的红砂岩改良土的干密度均高于本发明中采用的红砂岩，粘聚力均高于本发明中采用的红砂岩，内摩擦角均小于本发明中采用的红砂岩，压缩模量均大于本发明中采用的红砂岩，其中，实施例7制备的红砂岩改良土的干密度高于对比例1～对比例4制备的红砂岩改良土，粘聚力均高于对比例1～对比例4制备的红砂岩改良土，内摩擦角均小于对比例1～对比例4制备的红砂岩改良土，压缩模量均大于对比例1～对比例4制备的红砂岩改良土，说明本发明将不同粒径范围的红砂岩进行级配，同时添加黄土、水泥和石灰作为制备红砂岩改良土的原料，有效促进了与各原料的充分混合均匀，使黄土、水泥和石灰充分均匀分布在红砂岩颗粒间的空隙中，减少了红砂岩改良土中的空隙，提高红砂岩改良土的致密度，改善了红砂岩的粘结性能及易压缩模量，使其适合于路用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。