石灰改良膨胀土的工程特性试验研究

张东生

中建铁投试验检测有限公司 辽宁沈阳 110000

膨胀土作为自然地质中一种，自身具备多裂隙性与明显的胀缩特性的特殊类型的黏土。粘土中所含有的矿物质成分，主要是以具有强亲水性的蒙脱石与伊利石等结构所组成。不仅具有较强的吸水膨胀性，失水收缩硬裂性也较为明显，且在工程操作中还可能会发生膨胀变形。

1 石灰改良膨胀土工程现状

混凝土路堤在经过强烈的暴雨冲刷后，路提体积会产生较为明显的膨胀，地面表层也会形成较厚的蓬松层。如果是春秋较为干燥的季节，土地表层还会出现大量的裂痕。如果雨水经过裂痕缝隙中融入到地下土体后，会使土体变得更加松软，从而导致路堤承受能力有所下降。石灰改良膨胀土路堤主要是指经过石灰处理的非饱和土，其相关胀缩性与裂隙性都与膨胀土路堤有一定差距。因为石灰改良膨胀土路堤自身具备的优势，已经被广泛应用我国铁路与高速公路路堤的工程建设中。尽管研究表明石灰改良膨胀土的工程特性与并未加入石灰改良膨胀土的路堤结构性质相比较来看，其变化浮动较为明显。但在不断进行干湿循环的基础上，也会呈现较为明显的改良效果[1]。相关工作人员根据干湿循环对石灰改良粘质土的变化特征进行详细的探索，并对膨胀土的高塑性欲膨胀力进行分析检测。在此基础上，对加入石灰的改良土经过相应的科学检测与匹配后进行相同比例规格的实验。通过检验数据报告显示来看，当石灰改良后的膨胀土在进行干湿循环作用的前提下。石灰稳定膨胀土原本的控制膨胀效果就会有所减弱，相应的改良效果也会受到影响，在浸水压力作用下，也会使原本明显特征遭受侵袭[2]。

2 石灰改良膨胀土的作用机理

石灰本就是一种硬性胶凝材料，能够与粘土矿物中的活性铝与硅矿物等化学物质发生火山灰反应。在此基础上，形成具有硅酸钙与铝酸钙等胶状物质，并将其广泛应用于我国地基、路基与铁路等相关工程建设中。现阶段，国内外相关领域专家已经对石灰改良膨胀土进行详细的探索。研究表明，石灰能够与膨胀土产生较为明显的物理化学反应。将两者融合在一起，所生成的物质也对土体的力学性能有所影响，以此实现对建设工程质量保障[3]。

2.1 离子交换反应

膨胀土中所存在的膨胀性矿物是膨胀土发生膨胀的关键因素。因为在静电力的作用下，膨胀土表面所带有的负电荷粘土颗粒会吸引大量的水化阳离子。以此使膨胀的颗粒中有明显的吸着水膜其厚度所发生的变化。也能够对膨胀土的物理学特征产生较为明显的影响。因为双电子层厚度与空气中的阳离子将成为反比例。所以在膨胀土中掺入石灰，能够从根本上降低膨胀土的吸着水厚度，以此控制膨胀土的膨胀性[4]。

2.2 胶结作用

石灰作为无机性胶凝材料，在高碱性作用下，如果将石灰掺入到膨胀土中，会使土体强度发生变化，且火山灰反应能够生成水化硅酸钙与水化铝酸钙。此外，由于胶凝材料本身具有水硬性特征，能够在水中逐渐硬化。在土体养护时间的持续延长的基础上，石灰改良土的强度与水稳性也会发生明显变化。

2.3 碳化作用

并未在土中发生反应的石灰，在一定时间内会与空气中的CO2生成碳酸钙，但化学反应的发生需要在有水的前提下才能实现，因为石灰与空气中的CO2接触有限，所以碳化作用的形成需要较长时间。通过化学反应所生成的碳酸钙为结晶体，能够对膨胀土产生胶结作用。

2.4 硬凝反应

将石灰融于膨胀土中，在一段时间后会发生物理与化学反应，石灰改良土可能会以团聚形式展现，还会产生胶凝物，形成胶凝团聚结构。在养护期限不断延长的前提下，土体中会产生棒状与纤维状结晶出现，表现为网状结晶体结构。此外，胶凝结构也会不断加厚，强化石灰改良土的稳定性。

3 试验方案

3.1 物理性能试验

石灰改良膨胀土为建设铁路路基的主要材料，其中包含大量起关键作用的参数，例如自由膨胀率、界限含水率和击实性能等。所以，需要对不同石灰掺量的膨胀土试样进行物理性能试验，以保证建筑工程质量安全。

3.2 力学性能试验

抗剪强度作为膨胀土力学性能参数中的关键因素。所以，试验通过对不同石灰掺量、不同养护时间进行探究，总结对石灰改良膨胀土抗剪强度的影响。

3.3 水稳性试验

在工程建设中，通常引发膨胀土工程性质劣化灾变问题的关键因素与自然环境中的水有直接联系，特别是在干湿交替频繁的大气环境下，会使膨胀土体中水分发生迁移，导致土体产生湿胀干缩与裂纹。

4 结语

石灰能够改变膨胀土的物理性能，由于石灰掺量在不断发生变化，所以石灰改良膨胀土的自由膨胀率、塑性指数等都发生了差异变化。但塑限含水率与最优含水率却得到了增加，从而满足了作为一般路用高液限黏土材料质量需求。在石灰掺量不断增加的前提下，石灰改良膨胀土的水稳性得到明显上升，主要表现为胀缩性与裂隙性减弱等。