生石灰改良高液限土试验研究

生石灰改良高液限土试验研究摘要：本文通过试验的方法研究了经生石灰改性后的高液限土的物理力学性质，总结了不同灰剂量生石灰改良土的液限、塑限、塑性指数以及无荷膨胀率随时间的变化规律；通过干湿循环试验验证了石灰改良土在干湿交替状态下的变形及强度特性。

试验结果表明：掺入一定量的生石灰以后，高液限土的含水率能够降低到最优含水率附近；生石灰改性后的高液限土在经过一定时间的养护后，可塑性、膨胀性大大降低；素土的水稳定性较差，不能满足工程需要，经生石灰改良后的高液限土具有很好水稳定性。

关键词：高液限粘土，生石灰，界限含水率，膨胀率，干湿循环1. 引言高速公路建设中，受山区土源、工程造价、项目性质（环境友好型）等因素制约将有大量的高液限土需要作为路堤填料使用。

公路规范[1]规定高液限土不得直接作为路基填料。

根据《公路土工试验规程》[2](JTG E40—2007)将高液限土分为高液限粘土、含砂高液限粘土、含砾高液限粘土、高液限粉土、含砂高液限粉土、含砾高液限粉土。

本文选取具有代表性的高液限粘土，采用添加生石灰的方法对其进行改性，通过室内试验的方法来研究经过生石灰改性后的高液限土的物理力学性质及水稳定性，为确定生石灰改良高液限土做为路基填料的合理掺量提供参考。

2. 生石灰改良高液限土的物理力学性质研究由于高液限粘土具有天然含水率高、液限高、塑性指数大的特点，且具有一定的膨胀性，为此本节就针对高液限土的这些基本性质，通过生石灰降低土料含水率试验、击实试验、界限含水率试验、自由膨胀率试验、无荷膨胀率试验来研究生石灰改性后的高液限土的性质。

试验用土的基本指标见表1。

表1 试验用土的基本指标2.1 生石灰降低高液限粘土含水率试验由于高液限土的天然含水率较高，而保水性又较强，通过晾晒的方法降低含水率比较困难[3，4]，为了验证生石灰降低高液限土含水率的效果，进行了生石灰降低高液限土料含水率的试验。

将灰剂量为2%、4%、6%、8%的生石灰掺入高液限土中（灰土比为干土质量比），焖灰三天后测其含水率，焖灰期间每天翻拌一次，以使石灰和土均匀接触。

三天后测其含水率，试验结果见表2。

焖灰后的含水率和相应灰剂量的生石灰改良土的最优含水率的关系见图1。

%表 2 焖灰后含水率和最优含水率随灰剂量的变化关系33（ 31292725 232101234567 8灰剂量（%）图 1 高液限土含水率随灰剂量的变化关系由表 2 及图 1 可知，随着灰剂量的增加，焖灰后的高液限土含水率和最优含水率之间的 差值在逐渐减小，灰剂量为 4%时，两者的差值只有 3.6%；灰剂量为 8%时，两者的几乎相等。

因此，高液限土掺一定量的生石灰焖灰 3 天后，稍经晾晒或者不经晾晒便可以把天然含水量 降至工程上期望的最优含水率附近，继而大大缩短工期，提高了经济效益。

由此可见，采用 掺生石灰降低高液限粘土的含水率是一种行之有效的方法。

2.2 生石灰改良高液限土的界限含水率变化规律根据击实试验所得的最大干密度和最优含水率，将不同灰剂量的石灰改良土按 93%的压 实度静压法成样，然后把试样放在相应灰剂量的灰土中养护，养护用土用木槌敲实，待其养 护 3 天，7 天，14 天，28 天时将其取出，用刀削下一块风干后过 0.5mm 筛用来做液塑限试 验。

液限、塑性指数随灰剂量的变化关系见图 2，随时间的变化关系见图 3。

由图 2 和图 3 可知，随着灰剂量的增加，高液限土的液限、塑性指数变小，塑限变大， 这就说明掺入石灰后土中的粘粒含量减少、土颗粒的亲水性变弱。

石灰掺入后的前 7 天，石灰和土的反应比较剧烈，液限、塑性指数变化比较明显，说明 生石灰与土颗粒发生了各种复杂的物理化学变化，改变了土体的内部结构，使得改良后的高 液限土液限降低、塑限升高、塑性指数变小。

4%灰剂量是一个明显的转折点，从图上可以看出，石灰改良土的液限、塑限、塑性指 数的变化在灰剂量超过 4%以后就趋于平缓。

% 图2 液限随灰剂量的变化关系图3 塑性指数随灰剂量的变化关系由图2 和图3 可知，随着灰剂量的增加，高液限土的液限、塑性指数变小，塑限变大，这就说明掺入石灰后土中的粘粒含量减少、土颗粒的亲水性变弱。

石灰掺入后的前7 天，石灰和土的反应比较剧烈，液限、塑性指数变化比较明显，说明生石灰与土颗粒发生了各种复杂的物理化学变化，改变了土体的内部结构，使得改良后的高液限土液限降低、塑限升高、塑性指数变小。

4%灰剂量是一个明显的转折点，从图上可以看出，石灰改良土的液限、塑限、塑性指数的变化在灰剂量超过4%以后就趋于平缓。

2.3 生石灰改良高液限土的膨胀性规律因为高液限粘土具有一定的膨胀性，消除高液限粘土的破坏性膨胀是高液限粘土施工的关键环节[5]。

本节通过自由膨胀率试验和无荷膨胀率试验来研究生石灰改性后的高液限土的膨胀性。

其中自由膨胀率、无荷膨胀率试验均按照规范[2]进行，制样及养护方法同界限含水率试验。

试验结果如图4、图5。

膨胀率（3530）25201510503天7天14天28天0 2 4 6 8灰剂量（%）图4 自由膨胀率随灰剂量的变化关系图5 无荷膨胀率随养护时间的变化关系由图4 及图5 可以看出，经石灰改性后的高液限的膨胀性得到了明显的改善：养护7天时，4%灰剂量石灰改良土的自由膨胀率只有7.5%，远远低于素土的32%；无荷膨胀率为0.025%，几乎没有任何膨胀。

这是由于改良土中的Ca2+ 与粘土胶体颗粒反离子层上的K+、Na+进行交换，胶体吸附层减薄，降低了其亲水性的缘故。

%%3. 生石灰改良高液限粘土的水稳定性研究路基做好以后往往会遇到晴雨交替、地下水位的升降等情况，尤其是在南方多雨地区， 这种情况就更为明显。

为了模拟这种情况，本次分别对不同灰剂量的改良土进行了不同干湿 循环次数的无荷膨胀率试验，用以了解干湿循环对改良土涨缩性的影响。

将不同灰剂量的生 石灰改良土按 93%的压实度制成环刀样，养护 28 天后用来做试验。

通过无荷膨胀率试验测 其膨胀，膨胀完成后，将试样放在通风处，按照质量控制的方法，晾干至初始制样含水率， 此为一次干湿循环。

定义相对膨胀率δr 和绝对膨胀率δa [6]：δ r =h - h ih iδ a =h - h 0 h 0式中：h 为试样膨胀稳定后的高度；hi 为第 i 次干湿循环前试样的高度；h 0 为试样的初 始高度。

素土在经历了三次干湿循环，在第四次浸水后发生崩解；在经历了 7 次干湿循环后 4%、 6%、8%灰剂量的石灰改良土未发生膨胀。

素土及 2%灰剂量石灰改良土的膨胀率和循环次数 的关系见图 6 和图 7。

膨胀率（18.0 16.0 14.0 12.0 ）10.08.0 6.0 4.0 2.0 0.0相对膨胀率 绝对膨胀率0 1 2 3 4循环次数图 6 素土膨胀率和循环次数的关系图 7 2%生石灰改良土膨胀率和循环次数的关系素土的相对膨胀率在呈下降的趋势，到第 4 次干湿循环时就发生崩解，说明高液限素土 的水稳定性很差。

即使能够达到规定的压实度，但是一旦遇到晴雨交替的天气几个循环下来， 路基将会出现严重的破环，后果不堪设想。

素土在干湿循环过程中绝对膨胀率是逐渐变大的， 说明高液限土的变形并不是完全可逆的。

2%灰剂量的石灰改良土性能比素土好很多，虽然 前期随着循环次数的增加略有膨胀，但是经过 5 个循环膨胀趋势就变的很缓了。

4%、6%、 8%灰剂量的石灰改良土未发生膨胀，说明灰剂量达到一定程度之后便具有良好的水稳定性。

4. 结论（1）掺生石灰可以快速的降低高液限土的含水率，掺入一定剂量的生石灰之后稍加晾晒 或者不经晾晒就可以将其降到最优含水率附近。

（2）掺生石灰后高液限粘土的性质得到明显的改善，液限、塑性指数随灰剂量和养护时 间的增加在逐渐变小，塑限变大，土的塑性显著降低。

（3）掺生石灰可以很好的消除高液限土的膨胀性，经生石灰改性后的高液限土的亲水性大大减弱。

（4）素土抗干湿循环的能力较差，在第四次浸水后变发生崩解；相比较而言，经过生石灰改性后的高液限土具有较好的水稳定性。

参考文献[1]中华人民共和国行业标准，《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)[S]. 北京：人民交通出版社，2004.[2]中华人民共和国行业标准，《公路土工试验规程》(JTG E40—2007) [S]. 北京：人民交通出版社，2007.[3]武宏业等.高液限土的处理方法. 内蒙古利技与经济[J],2005，20(3):38-42 [4]罗志强.高液限土在高速公路建设中的应用研究.中南公路工程[J].2004，No.5, 76-77。

[5]曹沂海，陈宏. 改良后的高液限粘土在高速公路施工中的应用[J]. 铁道工程学报，2006，No.8, 34-37. [6]王年香. 高液限土路基设计与施工技术[M]. 北京：中国水利水电出版社，2005.Experiment on Quick-lime to Improve High Liquid LimitSoilXi Wenyong, Xu HaiboDepartment of Civil Engineering, HouHai university, nanjin (210098)AbstractThe physical and mechanical properties of high liquid limit soil modified by quick lime were analyzed on experiments. The law of liquid limit, plastic limit, plasticity index and free swelling ratio with time was summarized on different lime dosage. The deformation and strength characteristics of modified soil were verified by cyclic wetting and drying test. The experiment result showed: the high liquid limit soil was modified by quick lime under certain maintenance, plasticity and expansibility of which dramatically declined. The water stability was also improved.Keywords: high liquid limit clay; quick lime; water ratio limit; swelling ratio; cyclic wetting and drying test忽略此处..。