石灰改良紅黏土性能的劣化機理與再生技術(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)定紅黏土是當前工程實際亟需解決的問題。
　　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,開展了不同土團粒徑紅黏土摻石灰改良后的強度試驗,探討石灰改良紅黏土的強度影響機制。模擬石灰穩(wěn)定紅黏土長期碳化作用,結(jié)合微觀試驗研究石灰穩(wěn)定紅黏土的長期力學(xué)性能。通過試驗探索石灰穩(wěn)定紅黏土在重塑后的力學(xué)性能及劣化機制,并通過摻加水泥,石灰再次對重塑石灰土進行改良,研究石灰穩(wěn)定紅黏土在重塑后的強度再生機制,為該類土的重復(fù)利用提供有利價值。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)出的土粒成團現(xiàn)象,通過對不同粒徑的高液限紅黏土團及改良石灰土團進行了承載比試驗,研究了土團尺寸大小對擊實特性、水穩(wěn)性特征及其承載比強度的影響規(guī)律,并分析了石灰對不同土團尺寸紅黏土的改良效果,結(jié)果表明:干密度隨土團直徑的增大呈現(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的土團起到了明顯的抑制作用。由此可以看出,

4、現(xiàn)場施工中嚴格控制土團的大小對保證土體的強度和水穩(wěn)定性具有十分重要的意義。
　　2)碳化作用是石灰穩(wěn)定土強度增長的機理之一,但長期的碳化作用下其強度是否一直起促進作用沒有得到可靠的論證。通過開展石灰穩(wěn)定土擊實后養(yǎng)護和土樣養(yǎng)護后擊實兩種條件下的承載比強度試驗,探討壓實作用對碳化作用的影響,同時對比分析四種初始含水量的擊實試樣分別在碳化溶液和純水浸泡下的無側(cè)限抗壓強度試驗,論證長期碳化對石灰穩(wěn)定土強度的作用效果。結(jié)果表明:在石灰穩(wěn)定土

5、強度初期碳化效應(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)下強度會出現(xiàn)衰減,碳化效應(yīng)并非對石灰穩(wěn)定土的強度一直起增強作用。
　　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、強度等力學(xué)指標,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?；?、碳化、灰結(jié)機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,需進一步探究重塑石灰土的強度再生機理,本研究對重塑后的石灰土再分別進行加石灰和水泥再次改良,進行了壓縮、無側(cè)限抗壓強度、直接剪切強度等試驗,對比分析石灰再改良、水泥再改

7、良后重塑石灰土的壓縮、強度等力學(xué)指標及其力學(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,強度減小。石