水泥、石灰改良粉土試驗研究

張瑜，黃珂，朱文旺

（1.河海大學 巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.江蘇省巖土工程技術工程研究中心，河海大學，江蘇 南京 210098）

水泥、石灰改良粉土試驗研究

張瑜1，2，黃珂1，2，朱文旺1，2

（1.河海大學 巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.江蘇省巖土工程技術工程研究中心，河海大學，江蘇 南京 210098）

結合泰州市東風路南段快速路改造工程，通過室內擊實試驗與CBR試驗對加入不同摻合比水泥、石灰后的粉土的改良效果進行了測試，結果表明：水泥以及水泥+石灰改良土的CBR值相對于素土均有大幅度的提高；摻灰質量相同的情況下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰好；水泥改良土的最佳壓實度為94%，當壓實度超過94%后，改良土的CBR值隨著壓實度的提高增加幅度很??；水泥摻合比在3%～7%之間時，改良土的CBR值隨著水泥摻合比的增加而增大，且CBR值與水泥摻合比關系曲線近似為直線。試驗結果對實際工程建設具有一定的參考作用。

粉土；水泥；石灰；路基；CBR試驗

0 引言

泰州市東風路南段（永定路—寧通高速）快速路改造工程中，沿線粉土分布較為廣泛，在進行路基填筑之前，必須對填筑土料進行改良處理[1-3]。目前常用的粉土改良劑有石灰、水泥、粉煤灰等。本文在國內一些研究[4-6]的基礎上，向粉土中摻入水泥以及水泥+石灰進行改良，并通過室內擊實試驗以及CBR試驗得出改良劑的最佳摻量。

1 粉土的基本物理性質

本試驗原狀土樣取自泰州市東風路南段（永定路—寧通高速）快速路改造工程。通過對土樣進行顆粒分析、比重、液塑限以及擊實試驗，得到該粉土土樣的基本物理性質，如表1所示。

根據液塑限試驗以及顆粒分析試驗結果，按照JTG E40—2007《公路土工試驗規(guī)程》[7]，可將該土判定為低液限粉土。

2 試驗方案

本次所有試驗方法均按照《公路土工試驗規(guī)程》[7]進行。土樣風干碾碎后過5 mm圓孔篩，水泥為普通硅酸鹽水泥，石灰中CaO含量為65%。

1）水泥改良粉土試驗：向粉土試樣中摻入配合比為3%、5%、7%的水泥（配合比為摻合劑與干土的質量比）。進行重型擊實試驗，測得素土及以上3種不同摻合比的改良土的最優(yōu)含水率和最大干密度，并以各改良土的最優(yōu)含水率為準，配制壓實度分別為93%、94%、96%的CBR試驗試樣。CBR試驗試樣分別養(yǎng)護0 d和28 d，試驗前需將試樣浸水96 h。

2）水泥+石灰改良粉土試驗：水泥摻量為3%，石灰摻量分別為3%、5%。后續(xù)試驗同步驟1）。

3 試驗結果分析

3.1 擊實試驗結果

素土、水泥改良土以及水泥+石灰改良土的擊實試驗結果如表2所示?？梢钥闯觯核喔牧纪恋淖顑?yōu)含水率隨著水泥摻量的增加而降低，最大干密度隨著水泥摻量的增加基本不變；水泥+石灰改良土的最優(yōu)含水率隨著石灰摻量的增加而降低，最大干密度隨著石灰摻量的增加基本不變。

3.2 CBR試驗結果

3.2.1 水泥改良土

1）不養(yǎng)護條件下

不養(yǎng)護條件下水泥改良土CBR值與壓實度關系見圖1。水泥改良土CBR值相對于素土有很大提高；不同摻量水泥改良土的CBR值隨著壓實度的增大而增大，當壓實度達到94%以后，改良土的CBR值增幅很小，原因是不養(yǎng)護條件下94%壓實度的改良土已經擁有了較為連續(xù)的骨架結構。

2）養(yǎng)護28 d條件下

養(yǎng)護28 d條件下水泥改良土CBR值與壓實度的關系見圖2。不同水泥摻量改良土養(yǎng)護28 d后，CBR值隨壓實度增加而增加的幅度很小。

3）改良土的CBR值與水泥摻量的關系

由1）、2）試驗結果可知，不養(yǎng)護和養(yǎng)護28 d的水泥改良土在壓實度達到94%以后，其CBR值隨著壓實度的提升增加的并不明顯，因此選擇壓實度為94%的水泥改良土研究其CBR值與水泥摻量的關系，如圖3所示?？梢钥闯觯牧纪恋腃BR值隨著水泥摻合比的增加而增大，養(yǎng)護28 d的增幅較大；水泥摻合比在3%～7%之間時，不養(yǎng)護和養(yǎng)護28 d的改良土的CBR值與水泥摻合比關系曲線近似為直線。

3.2.2 水泥+石灰改良土

本試驗中，水泥+石灰改良土的水泥摻量恒定為3%。

1）不養(yǎng)護條件下

如圖4所示，改良土的CBR值比素土大很多，且隨著壓實度增大而增大。

2）養(yǎng)護28 d條件下

如圖5所示，改良土的CBR值隨著壓實度的提高并沒有明顯的提升。

3）改良土的CBR值與石灰摻量的關系

改良土水泥摻量均為3%，壓實度均為96%。由圖6可以看出，石灰摻量在0%～5%時，水泥+石灰改良土的CBR值隨石灰摻量的增加而增大，且增幅越來越大。

3.2.3 不同配合比水泥改良土及水泥+石灰改良土CBR值比較

由圖7可以得出：摻3%水泥+3%石灰的改良效果比摻3%水泥好，比摻5%水泥差；摻3%水泥+5%石灰的改良效果與摻5%水泥較為接近，而比摻7%水泥的改良效果相差較多?？梢酝茢鄵交屹|量相同的情況下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰好，據此也可以得出石灰的改良效果比水泥差的結論。

水泥改良粉土通過水泥發(fā)生水化反應生成凝膠物質[8]，使粉土顆粒之間有更好的聯結性，粉土孔隙中的膠狀體能夠形成骨架進而提高粉土強度。

石灰改良土的主要作用機理有陽離子交換作用、結晶作用、碳酸化作用等，由于粉土中黏粒含量較少，陽離子交換作用較弱，使得石灰改良粉土主要依賴Ca（OH）2的碳酸化和自行結晶作用[9]。

水泥、石灰共同摻入粉土后，養(yǎng)護過程中，水泥、石灰與土之間發(fā)生一系列化學反應，例如水化作用、碳酸化作用等，使得粉土的整體性與強度有了很大的提高。

根據以上試驗數據及分析可得出以下結論：

1）水泥改良土的最優(yōu)含水率隨著水泥摻量的增加而降低，最大干密度隨著水泥摻量的增加基本不變；水泥+石灰改良土的最優(yōu)含水率隨著石灰摻量的增加而降低，最大干密度隨著石灰摻量的增加基本不變。

2）水泥改良土的CBR值相對于素土有很大的提高，不同摻量水泥改良土的CBR值隨著壓實度的增大而增大。未養(yǎng)護時，當壓實度達到94%以后，改良土的CBR值增幅很小；養(yǎng)護28 d后，CBR值隨著壓實度的增加而增加的幅度很小。

3）水泥改良土的CBR值隨著水泥摻合比的增加而增大；水泥摻合比在3%～7%之間時，不養(yǎng)護和養(yǎng)護28 d的改良土的CBR值與水泥摻合比關系曲線近似為直線。

4）水泥+石灰改良土的CBR值相對于素土有很大的提高，未養(yǎng)護時，CBR值隨著壓實度增大而增大，養(yǎng)護28 d后，CBR值隨著壓實度的提高沒有明顯的提升。

5）石灰摻量范圍在0%～5%之間時，水泥+石灰改良土的CBR值隨著石灰摻量的增加而增大，且增幅逐漸增大。

6）摻灰質量相同的情況下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰的效果好。

4 結語

通過使用水泥以及水泥+石灰對泰州地區(qū)粉土進行改良，并利用室內CBR試驗對改良粉土的效果進行了研究，發(fā)現水泥以及水泥+石灰都能有效地提高粉土的物理力學性質，改良土的CBR值相對于素土均有大幅度的提高；摻灰質量相同的情況下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰好，因此現場施工選用水泥改良更佳；綜合水泥改良土的CBR值與壓實度關系曲線可以看出最佳壓實度為94%，當壓實度超過94%后，改良土的CBR值隨著壓實度的提高增加幅度很小；水泥摻合比在3%～7%之間時，改良土的CBR值隨著水泥摻合比的增加而增大，且CBR值與水泥摻合比關系曲線近似為直線，實際工程中可以根據路基土樣的強度需求進行現場測試試驗進而選擇合適的水泥摻量。

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[2] 武慶祥，彭麗云，龍佩恒.石灰、水泥對粉土的改良研究[J].公路，2015（9）：14-19. WU Qing-xiang,PENG Li-yun,LONG Pei-heng.Study of modifying silt by lime and cement[J].Highway,2015(9):14-19.

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[9]王?？?，殷宗澤，余湘娟.粉土路堤填料的CBR試驗研究[J].路基工程，2006（1）：56-58. WANG Hai-jun,YIN Zong-ze,YU Xiang-juan.Research on CBR test of silt as embankment filling[J].Subgrade Engineering,2006 (1):56-58.

Experimental study on cement and lime to improve silt soil

ZHANG Yu1,2，HUANG Ke1,2，ZHU Wen-wang1,2
（1.Key Laboratory for Geotechnical Engineering of Ministry of Water Resource,Nanjing,Jiangsu 210098,China; 2.Research Institute of Geotechnical Engineering,Hohai University,Nanjing,Jiangsu 210098,China）

Based on the expressway reconstruction project of the southern section of Dongfeng Road in Taizhou,indoor compaction test and CBR test were done to test the improvement effect when different mixing ratio cement and lime were added into silt soil.The result shows that:the CBR value of the cement and the cement+lime improved soil are greatly improved compared with the plain soil.In the case of the same mixture quality,the effect of the cement is better than that of cement+ lime.The best degree of compaction of cement soil is 94%,and the CBR value of the improved soil increase slowly with the increase of the compaction degree when it is over 94%.The CBR value of the improved soil increases with the increase of the cement ratio of cement when the cement ratio is between 3%and 7%.And the relationship between the CBR value and the cement mixing ratio is approximately linear.The experimental results have a certain reference function to the actual engineering construction.

silt soil;cement;lime;subgrade;CBR test

U654；TU432

A

2095-7874（2017）03-0033-04

10.7640/zggwjs201703007

2016-09-08

浙江省交通運輸廳科技計劃項目（2015J06）

張瑜（1991— ），女，河南南陽市人，碩士研究生，從事巖土工程特殊土處治技術研究。E-mail：136019356@qq.com