石灰稳定土灰剂量衰减问题的研究

摘要：石灰稳定土施工过程中，灰剂量存在衰减现象，通过室内试验和室外试验的灰剂量衰减结果进行对比分析，可以帮助施工和检测单位更有效地推算工地实际灰剂量，正确评价和指导石灰稳定土的施工。

关键词：石灰稳定土、衰减、试验

中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：

石灰土作为改善路基和路面底基层原料在高速公路中应用极为广泛，而石灰剂量是监理监控检测石灰土质量的关键指标之一。由于石灰土中的石灰与土体孔隙中的空气（CO2）和水会产生碳化反应致使灰剂量随着龄期的延长而逐渐减小，监理与检测单位在抽检灰剂量时所测值与实际施工所用灰剂量相差较大，且在不同时间测定值偏差较大，经常出现在整型后甚至碾压完成后灰剂量不合格而返工的现象，但加灰后处理后又出现压实度不足的现象，为使现场检测的灰剂量更符合实际掺灰量，正确反映石灰土路基填料在压实后灰剂量损失情况，相关检测机构和监理单位必须制作灰剂量随时间衰减的关系曲线，以更好的监控和指导工程施工和试验检测工作。

1．石灰稳定土的作用机理[1]

石灰作为气硬性材料只能在空气中硬化，而不能在水中硬化，用石灰来稳定细粒土发生硬化，石灰将与土发生物理、化学作用，在初期发生离子交换作用，颗粒表面所吸附的钠离子、钾离子等与石灰中的钙离子发生交换，胶体吸附层减薄，胶体颗粒发生聚结；石灰与二氧化碳发生碳酸化作用以及氢氧化钙与水作用的自行结晶作用。石灰稳定土中的火山灰反应是土中石灰的游离钙与土中的活性二氧化硅、三氧化二铝等发生火山灰作用，活性硅、铝物质在稳定土的碱性条件下以多种单体或聚体形态存在，稳定土在水热条件下，火山灰反应生成物早期大多呈凝胶状态，随着龄期的增长，生成物由低结晶度向高结晶度转化。形成铝酸钙过程的火山灰反应改变了稳定土的力学性质，其强度和水稳定性大大提高。同时，石灰与土的离子交换作用、絮凝团聚作用，加上石灰本身的剥离、结晶和碳化作用，使稳定土在结构上发生了明显的变化，土颗粒丛生在一起，成为颗粒较大的聚集体，稳定土的密度也随之发生了变化。在整个化学反应过程中，石灰稳定土土的有效钙、镁含量逐渐减小，石灰稳定土的密度逐渐降低。由于石灰土使土质砂化，造成石灰稳定土密度随龄期的增加而逐渐减小。具体衰减情况，要根据稳定土的实际情况进行分析。

2.石灰土衰减试验及结果分析[2-4]

2.1工程项目简况

江苏某项目属于滨海海积平原区，主要由海积相沉积物组成，以砂层为主，塑性指数为8-26的细粒土路基填料，全线对土质进行掺灰,为保证试验有较高的实用性，室内试验现场取土，不同的取土坑用不同的土源分别作试验，灰剂量分别设置。室内试验与现场试验同期实施。

2.2石灰稳定土现场施工工艺

由于取土坑土质天然含水量较高，按照常规方法进行石灰土施工，含水量降低速度慢，不利于工程的顺利开展。根据以往的施工经验，首先在取土坑挖方，掺50%左右的生石灰、打堆闷料，时间为3-7天，过湿土和生石灰发生反应，土体颗粒松散，土的含水量、塑性指数降低，土体容易粉碎，土的工程性质得到改善，然后将闷灰土运至路基，并进行灰剂量的检测，确定是否满足设计灰剂量，不满足进行二次掺灰，掺灰必须做到均匀撒布，然后及时完成路基碾压成型。

2．3室内试验

室内试验在各个取土坑分别现场取土，在灰土施工中，一般对土的塑性指数有一定的要求，宜在（15-20）之间，因为土的塑性指数愈大，混合料的强度也愈高，用土愈粘，混合料愈易压实，但粉碎团粒困难，而砂性土虽无粉碎问题，但难压实，根据工程施工用土情况确定土名，分别制作。将施工路段路基填土按塑性指数分组，可按塑性指数8−14、14−20、20−26分组，选取有代表性的土样和石灰进行灰剂量衰减试验。

试样风干后分别过2.0mm筛，并充分拌和均匀，掺入灰剂量为5%、6%的石灰，闷料后密封放于阴凉处保温保湿。分别作标准击实试验，测定最大干密度和最佳含水量，掺灰龄期：压实成型后1天、3天、5天、7天、10天和15天，在制作试样时应制作30天试样，当15天龄期的衰减仍不稳定时，应进行30天龄期的试验。

表1灰土室内试验与现场稳定土灰剂量衰减试验

从室内外对比试验可以看出，石灰稳定土的灰剂量随着龄期的增长有着不同程度的衰减，特别在半个月左右，室内试验5%灰剂量衰减了43.7%，6%灰剂量衰减了37.9%，石灰掺入土中后，会发生一系列的化学反应，稳定土经过这些反应，颗粒变粗，使土呈砂性化的趋势，塑性指数、含水量都变小了，土的性质发生改变，石灰中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，在土中形成骨架，因此石灰的检测时的有效剂量发生改变，导致石灰检测结果降低。

试件采用φ150mm试模在压力机上成型，比较现场稳定土与室内标准击实实验灰剂量的衰减结果可以看出，同样剂量、同样土源的灰土，虽然二者都随着龄期有不同的衰减，但现场灰剂量衰减程度明显偏高，15天时5%灰剂量衰减了47.9%，6%灰剂量衰减了53.6%，这是因为石灰稳定土中石灰是气硬性材料，消石灰和空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，可以再稳定土内部形成强度。而室内材料与空气接触较多，南方地区空气湿度较大，经过反应生成的碳酸钙具有一定的可溶性，碳酸钙与水后分解，钙离子含量增加，这是室内衰减速度偏小的原因之一，试验表明空气湿度对石灰稳定土中测定的石灰剂量影响明显。

3.结论

1．通过室内击实试验和现场石灰稳定土的击实试验可以看出，石灰稳定土不同龄期的灰剂量均存在不同程度的衰减现象，因此现场石灰稳定土施工工艺中对灰土的闷灰、拌和和碾压时间要引起重视，在施工过程中，应尽量用最短的时间完成灰土拌和，及时碾压，因为石灰剂量的衰减过程，也是灰土强度上升时期，只有合理计算布灰，拌和时间，做到及时拌和，及时碾压，保证灰土在最佳状态下成型，才能提高强度，保证灰土施工质量。

2．在检测灰剂量的时候要充分考虑灰剂量的衰减问题，对不同的龄期石灰稳定土制定灰剂量衰减曲线。可以帮助监理、质检部门在检查中推算施工时灰剂量，以正确评价施工中的灰剂量，防止误判而引起工程费用的增加，所以在施工前或施工中绘制石灰剂量衰减曲线非常重要。

3．空气中的湿度对石灰稳定土的灰剂量检测影响效果明显，由于施工条件的影响，大部分试验室做衰减试验时只做室内衰减试验，因此在有条件的情况下，尽量保证石灰稳定土的养护湿度，减轻空气湿度对灰剂量检测结果的干扰。

参考文献

[1]张蓓，王海涛，王复明，石灰稳定土最大干密度衰减机理的试验研究[J],路基工程，2007（6）,95-96

[2]中华人民共和国交通部.公路路面基层施工技术规范（JTJ03402000）[S].北京：人民交通出版社.2000

[3]中华人民共和国交通部.公路土工试验规程（JTJ051093）[S].北京：人民交通出版社.1993

[4]沙庆林.公路压实与压实标准（第三版）[M]. 北京：人民交通出版社.2000