安徽膨胀土掺石灰改良的试验研究

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1、第39卷第2期2015年6月地质学刊JournalofGeologyV01．39No．2June2015doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2015．02．343安徽膨胀土掺石灰改良的试验研究张永生，崔可锐，查甫生，马海春(合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥230009)摘要：对安徽省膨胀土进行了综合试验研究。通过掺灰击实试验得出安徽主要膨胀土分布地区土样的最大干密度、最佳含水率与掺灰量的关系。对省内膨胀土的各种不良作用以及改良措施进行研究，为安徽省内工程建设提供必要的数据和合理化建议。关键词：膨胀土；石灰改良；掺灰比

2、；工程性质；安徽中图分类号：P642．16文献标识码：A文章编号：1674—3636(2015)02—0343—040引言膨胀土(李生林等，1992)是一种吸水膨胀、失水收缩、胀缩变形显著的黏性土，其矿物成分以强亲水性矿物蒙脱石和伊利石为主，主要工程性质是具有多裂隙性、超强固结性、强亲水性和反复胀缩性。膨胀土中黏粒主要由亲水性矿物、氢氧化物和各种难溶盐类组成，含有较多的蒙脱石、伊利石、高岭石等，其特点是透水性差、吸水膨胀、失水收缩，并具有较大的胀缩变形能力，遇水导致强度降低，引起地基变形破坏。改良膨胀土一般采用经济实用的石灰。石灰对膨胀土的改良属

3、于膨胀土改良法中的化学改良法，是处理膨胀土的最普遍和有效的方法，具有经济与实施方便的优点，在工程界应用十分普遍。2石灰改良膨胀土的机理在膨胀土中加入石灰进行改性处理，主要是针对黏土矿物中易亲水的蒙脱石和伊利石，使其与石灰发生化学离子交换作用，通过微结构的改变来改变土的工程性质(查甫生等，2006)。膨胀土中加入石灰后，二者发生物理和化学作用，包括离子交换、Ca(OH)：结晶、碳酸化和火山灰反应。Ca(OH)，解离后的Ca2+与黏土胶体颗粒反离子层上的K+、Na+进行交换，胶体吸附层减薄，胶体颗粒发生聚结；Ca(OH)：与水作用形成的含水晶体将黏土

4、颗粒胶结成整体，以及形成CaCO，过程的碳酸化反应和形成硅酸钙、铝酸钙过程的火山灰反应均改变了膨胀土的力学性质，其强度和水稳定性大大提高，胀缩性也得到了控制(刘锡勒，2004；张海彬，2005)。1区域地质概况3研究区膨胀土掺灰比研究安徽省位于中国东南部，居华东腹地，面积13．97万km2。其中膨胀土面积总计41742．41km2，在宿州、怀远、蚌埠、合肥、庐江、桐城膨胀土分布极其广泛(图1)。掺灰比是指生石灰质量与干土质量之比。试验时按比例称取一定质量的生石灰将其消解冷却后掺人土样中，生石灰等级为二级(要求石灰中CaO和MgO的质量分数高于70

5、％)。对所取土样按比例掺入石灰进行各项试验并收稿日期：2014—05—06；修回日期：2014-07-08；编辑：蒋艳基金项目：国家自然科学基金项目“重金属污染土的工程性质变异机理及固化修复技术研究”(41172273)作者简介：张永生(1986一)，男，硕士研究生，地质工程专业，E-mail：zhangys4329@163．corn地质学刊2015焦图1安徽省膨胀土分布图Fig．1MapshowingdistributionofexpansivesoilinAnhuiProvince与素土试验进行对比分析。掺入石灰的比例为2％～12％，相邻的掺

6、灰比之间相差2％。室内试验方案按《土工试验方法标准》(GB／T50123—1999)进行，对石灰土进行物理、力学性质以及胀缩性质的试验。试验所用土样取自宿州、怀远、蚌埠、合肥、庐江、桐城，其自由膨胀率如表1所示，均为典型膨胀土，主要形成于Qp时期，含大量球状铁锰结核。表1自由膨胀率试验结果Table1Testresultsoffreeswellingrate3．1击实试验将宿州、怀远、蚌埠、合肥、庐江、桐城6地的素土和石灰土击实试验得到的数据制成表2和表3。表2安徽不同地区不同掺灰比灰土的最大干密度Table2Maximumdrydensityo

7、flimesoilswithdifferentlimeratiosindifferentareasofAnhui注：密度单位为g／cm3第39卷第2期张永生等：安徽膨胀土掺石灰改良的试验研究345宿州蚌埠怀远合肥庐江桐城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：含水率为％通过对6个地区的膨胀土击实试验研