安徽膨脹土摻石灰改良的試驗研究

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1、第39卷第2期2015年6月地質(zhì)學(xué)刊JournalofGeologyV01．39No．2June2015doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2015．02．343安徽膨脹土摻石灰改良的試驗研究張永生，崔可銳，查甫生，馬海春(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥230009)摘要：對安徽省膨脹土進行了綜合試驗研究。通過摻灰擊實試驗得出安徽主要膨脹土分布地區(qū)土樣的最大干密度、最佳含水率與摻灰量的關(guān)系。對省內(nèi)膨脹土的各種不良作用以及改良措施進行研究，為安徽省內(nèi)工程建設(shè)提供必要的數(shù)據(jù)和合理化建議。關(guān)鍵詞：膨脹土；石灰改良；摻灰比

2、；工程性質(zhì)；安徽中圖分類號：P642．16文獻標識碼：A文章編號：1674—3636(2015)02—0343—040引言膨脹土(李生林等，1992)是一種吸水膨脹、失水收縮、脹縮變形顯著的黏性土，其礦物成分以強親水性礦物蒙脫石和伊利石為主，主要工程性質(zhì)是具有多裂隙性、超強固結(jié)性、強親水性和反復(fù)脹縮性。膨脹土中黏粒主要由親水性礦物、氫氧化物和各種難溶鹽類組成，含有較多的蒙脫石、伊利石、高嶺石等，其特點是透水性差、吸水膨脹、失水收縮，并具有較大的脹縮變形能力，遇水導(dǎo)致強度降低，引起地基變形破壞。改良膨脹土一般采用經(jīng)濟實用的石灰。石灰對膨脹土的改良屬

3、于膨脹土改良法中的化學(xué)改良法，是處理膨脹土的最普遍和有效的方法，具有經(jīng)濟與實施方便的優(yōu)點，在工程界應(yīng)用十分普遍。2石灰改良膨脹土的機理在膨脹土中加入石灰進行改性處理，主要是針對黏土礦物中易親水的蒙脫石和伊利石，使其與石灰發(fā)生化學(xué)離子交換作用，通過微結(jié)構(gòu)的改變來改變土的工程性質(zhì)(查甫生等，2006)。膨脹土中加入石灰后，二者發(fā)生物理和化學(xué)作用，包括離子交換、Ca(OH)：結(jié)晶、碳酸化和火山灰反應(yīng)。Ca(OH)，解離后的Ca2+與黏土膠體顆粒反離子層上的K+、Na+進行交換，膠體吸附層減薄，膠體顆粒發(fā)生聚結(jié)；Ca(OH)：與水作用形成的含水晶體將黏土

4、顆粒膠結(jié)成整體，以及形成CaCO，過程的碳酸化反應(yīng)和形成硅酸鈣、鋁酸鈣過程的火山灰反應(yīng)均改變了膨脹土的力學(xué)性質(zhì)，其強度和水穩(wěn)定性大大提高，脹縮性也得到了控制(劉錫勒，2004；張海彬，2005)。1區(qū)域地質(zhì)概況3研究區(qū)膨脹土摻灰比研究安徽省位于中國東南部，居華東腹地，面積13．97萬km2。其中膨脹土面積總計41742．41km2，在宿州、懷遠、蚌埠、合肥、廬江、桐城膨脹土分布極其廣泛(圖1)。摻灰比是指生石灰質(zhì)量與干土質(zhì)量之比。試驗時按比例稱取一定質(zhì)量的生石灰將其消解冷卻后摻人土樣中，生石灰等級為二級(要求石灰中CaO和MgO的質(zhì)量分數(shù)高于70

5、％)。對所取土樣按比例摻入石灰進行各項試驗并收稿日期：2014—05—06；修回日期：2014-07-08；編輯：蔣艷基金項目：國家自然科學(xué)基金項目“重金屬污染土的工程性質(zhì)變異機理及固化修復(fù)技術(shù)研究”(41172273)作者簡介：張永生(1986一)，男，碩士研究生，地質(zhì)工程專業(yè)，E-mail：zhangys4329@163．corn地質(zhì)學(xué)刊2015焦圖1安徽省膨脹土分布圖Fig．1MapshowingdistributionofexpansivesoilinAnhuiProvince與素土試驗進行對比分析。摻入石灰的比例為2％～12％，相鄰的摻

6、灰比之間相差2％。室內(nèi)試驗方案按《土工試驗方法標準》(GB／T50123—1999)進行，對石灰土進行物理、力學(xué)性質(zhì)以及脹縮性質(zhì)的試驗。試驗所用土樣取自宿州、懷遠、蚌埠、合肥、廬江、桐城，其自由膨脹率如表1所示，均為典型膨脹土，主要形成于Qp時期，含大量球狀鐵錳結(jié)核。表1自由膨脹率試驗結(jié)果Table1Testresultsoffreeswellingrate3．1擊實試驗將宿州、懷遠、蚌埠、合肥、廬江、桐城6地的素土和石灰土擊實試驗得到的數(shù)據(jù)制成表2和表3。表2安徽不同地區(qū)不同摻灰比灰土的最大干密度Table2Maximumdrydensityo

7、flimesoilswithdifferentlimeratiosindifferentareasofAnhui注：密度單位為g／cm3第39卷第2期張永生等：安徽膨脹土摻石灰改良的試驗研究345宿州蚌埠懷遠合肥廬江桐城16．2514．7615．4817．9417．8617．5116．3815．1615．8018．0918．2518．3916．58515．9315．9818．8018-3318．7116．8415．9516．1519．3019．0818．9017．4817．2017．1319．3819．3619．9115．7817．1917．96

8、19．4019_8121．0417．3617．2618．8519．6020．4521．75注：含水率為％通過對6個地區(qū)的膨脹土擊實試驗研