石灰土的强度对施工质量的影响

侯 静

（黑龙江省公路工程监理咨询公司）

0 前言

石灰土作为道路的底基层和垫层从20世纪70年代起在北方地区得到广泛应用,它具有较好的板体性、力学强度、水稳定性和一定程度的抗冻性,解决了北方不良地质条件地区由于混合石作为基层垫层而带来的道路翻浆问题。然而,由于近年来有些道路在施工中石灰土层的施工质量没有足够的重视,致使石灰土层强度形成不足、水稳定性差,导致道路在使用早期发生破坏,由此我们有必要分析一下施工质量与石灰土强度关系。

1 石灰土强度形成过程

石灰土强度和稳定性是由于其自身产生的一系列化学、物理化学和物理学变化所形成的,影响石灰土强度和稳定性有其内因和外因两个方面,内因有土质灰质、石灰剂量、碾压含水量和密实度,外因有温度、湿度和时间。

一般认为,石灰土强度主要由离子交换、氢氧化钙遇水自行结晶和炭化作用形成。离子交换作用和氢氧化钙自行结晶为石灰土强度早期形成的因素,而炭化作用则在后期作用明显。

2 施工质量对石灰土强度形成的影响

石灰土的施工要做到原材料合格、配灰准确、拌和均匀,掌握好最佳含水量,碾压密实,加强初期养护。

2.1 原材料的影响

石灰、土、水的质量决定了石灰土的品质,优质的石灰、土、水及准确的配料是石灰土结构层强度形成的必要条件之一。

石灰：生石灰的主要成份是CaO与MgO,当MgO的含量大于5％时称为镁质灰,小于5％时称为钙质灰,根据CaO和MgO含量等指标划分为优等、一等和合格品三个等级,道路用石灰不宜低于合格品。只有保证石灰中的CaO和MgO的含量才能保证石灰土进行充分的离子交换、炭化作用和结晶作用,并且应尽量缩短石灰的存放时间。

土：一般土类均可配制石灰土,但优先选用塑性指数为12～20的粘性土。比表面积大的粘土更易与石灰发生作用,形成强度。

水：应尽量选择干净的可供饮用的水。

2.2 石灰剂量的影响

石灰的剂量对石灰的强度影响显著,当石灰的剂量低于3％～4％时,石灰主要起稳定作用,随着石灰剂量的增加强度明显提高,石灰剂量过大反而会导致石灰土强度下降并使造价提高。

2.3 石灰土的拌和对石灰土强度的影响

石灰土强度形成主要靠离子交换、Ca（OH）2自行结晶和炭化作用。离子交换作用原理是粘土颗粒呈阴极,把土溶液中的K+、Na+等阳离子吸引到粘土颗粒表面的薄膜水中,当石灰加入后,在溶液中离解出来的Ca2+离子与粘土表面的K+、Na+离子进行交换,呈负极的土颗粒直接吸附溶液中的Ca2+离子,离子交换及土粒吸附钙离子后,使土粒表面的薄膜水水膜变薄,土颗粒之间的分子吸引力加大,土的水稳定性得到提高,土粒间的结构紧密,强度提高。只有将土粒与石灰充分搅拌均匀,增加土颗粒与石灰颗粒的接触面积,才能更有利于这种离子交换,反之,这种离子交换则不能充分的进行,作为整体的石灰土层也会由于存在着没有进行离子交换的原状土团粒和石灰团粒而出现薄弱端面,使石灰土层局部失去板体性能,从而导致道路发生破坏。某城市某道路在1994年由16m扩建为32m,底基层为石灰土结构。在石灰土施工时,施工单位没有路拌机,用推土机对石灰土进行搅拌。由于工期紧张,石灰土搅拌后没有过筛便进行了摊铺碾压。1997年该路段有2 000m2发生破坏,1998年城建部门对此进行了翻建。挖除旧路时发现,石灰土层强度极为不均,在土团集中处石灰土层断裂,已无板体性。正是由于石灰土板体性的丧失导致道路使用3年便发生破坏。

2.4 石灰土碾压时的含水量对强度形成的影响

石灰土强度的形成与石灰土的含水量有着重要的关系,离子交换需要石灰土保持一定的含水量,Ca（OH）2自行结晶的生成物为晶体Ca（OH）2nH2O即Ca（OH）2+nH2O=Ca（OH）2nH2O结晶作用使得Ca（OH）2nH2O相互之间与土颗粒之间形成晶格,使石灰土强度及水稳定性得到提高。没有水的作用Ca（OH）2自行结晶不能完成,同时为了使石灰土成型密实,达到最大密实度,必须掌握好碾压时的含水量,含水量过低时不但会导致石灰土松散发裂,而且由于石灰土在碾压时土颗粒与石灰颗粒形成嵌挤结构,具有一定的密实度,即使养生撒水也只能湿润石灰表面,缺水的表层以下的石灰土则由于含水量不足不能充分进行离子交换和Ca（OH）2结晶作用,导致石灰土无法形成强度。某城市某道路于1990年修建,石灰土层在施工时搅拌均匀,有效钙镁含量测定满足设计要求,在摊铺前过了筛,保证了石灰土的土颗粒与石灰颗粒的接触面积。但由于施工现场附近无水源,石灰土含水量过低,施工碾压时只对石灰土表面洒水。该路段建成通车后两年便开始发现破坏现象。1994年在翻建补强时发现,破坏路段的石灰土几乎为一层松散层,没有形成板体性。也正是由于这一层松散层的存在,大大地降低了道路的使用年限。反之,含水量过大时,待水分蒸发后易干裂,严重时还会翻浆。不同土质的石灰土其最佳含水量有所差异,需通过标准击实实验,求得所施工石灰土的最佳含水量,施工中的实际含水量以最佳含水量为标准,上下波动不应超过1％。

2.5 碾压质量对石灰土强度的影响

碾压应达到密实度设计要求,同时石灰土的强度随密实度的增长而明显增长,且抗冻性、水稳定性、抗缩裂性都有提高,此外碾压应达到无明显轮迹。

2.6 养生的湿度和温度对石灰土强度形成的影响

石灰土成型后必须进行潮湿养生,以防止表层干燥松散和强度受到损失,保证离子交换、炭化作用和结晶作用的进行,使石灰土获得较高的早期强度。

一般认为,温度越高石灰土各种矿物质的活性增大的越大,离子交换、结晶作用都在加速,其强度和水稳定性增长的越快。石灰土的强度和稳定性是随着时间而增长,且前期增长较快,3个月龄期的石灰土强度已能达到50％左右,后期强度增长较慢。气温出现负温后,石灰土强度有所损失,气温恢复正常后强度还会继续形成,但增长的速度较慢,所以在北方地区最佳施工期为5月至7月。长春市斯大林大街（后改称人民大街）人民广场至解放广场段,于1993年翻建施工。石灰土层施工时做到了在最佳搅拌、最佳含水量、最佳施工期（6月）施工,道路建成后质量相当好,在1995年全国市政工程检验评比中获优质奖,道路使用至今无破坏现象。

3 结束语

石灰土强度形成与石灰土的施工质量有着密不可分的关系,充分地认识这种关系有利于我们合理安排石灰土的施工期,抓住关键工序,解决关键问题,保证石灰土具有良好的强度和稳定性及整体性,提高道路的服务年限。