浅谈石灰土强度的影响因素及其病害控制

姚舒春 伍龙生

【摘要】影响石灰土强度的因素较多 ，大致可分两类阐述 ，一类是内在因素：土质、石灰有效钙和氧化美含量、石灰剂量、含水量；另一类是外部因素：碾压密实度、施工季节、灰土的养护等。文重点介绍了石灰土施工过程中常见的一些质量方面问题 ，从具体施工方法上 ，阐述了产生这些质量问题的原因以及解决的办法。

【关键词】石灰土；强度；影响因素

引言：

石灰土目前在我国已广泛应用于高等级公路的底基层 ，在市政工程中也经常采用 ，当路基回弹模量小于 20 MPa 时对路床以下至少 30 cm 路基进行处理。石灰土是采用生石灰 （含钙量>70 %）和粘土或亚粘土 ，按重量比 ，经洒水、搅拌、闷料、碾压后结成板体。在石灰稳定细粒土施工前半月左右，要选好土场，取样做土的塑性指数实验；塑性指数在15～20之间的土最适合用石灰稳定。如果土塑性指数小于10，用石灰稳定效果不好。一般来说塑性指数12～20之间的土可用石灰稳定。石灰稳定土用的石灰应符合规范要求的Ⅲ级消石灰和Ⅲ级生石灰的技术指标，石灰不宜放置时间过长，超过半月其有效钙和氧化镁含量会降低。按照设计要求的灰剂量做无侧限抗压实验，强度要达到规定的值。

1 石灰土强度形成机理[1]

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， 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。

1.1 离子交换反应

离子交换反应是指钙离子与粘土中钾、钠离子发生置换，胶体吸附层减薄，从而使粘土胶状颗粒发生凝聚 形成石灰土的早期强度。

1.2 碳酸化学反应

灰土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，碳酸钙是坚固的结晶体，具有较高的强度和水稳性。

1.3 结晶作用

氢氧化钙与水反应形成结晶体，把土粒牢固地粘结在一起提高土的稳定性。

1.4与土中活性硅铝酸盐反应形成含水硅酸钙和含水铝酸钙。

2 石灰土强度的影响因素

灰土的原材料主要是土質及石灰。土质尽可能挑选粉质粘土，塑指控制在12～20之间 ，如果在施工路段不易找到较理想的土场，比如塑性指数过低的砂性土或土质塑性指数过高的重粘土，为了保证灰土强度，对于砂性土可以通过加大石灰剂量来提高强度或者将石灰改为水泥对其进行稳定。

2.1土质

衡量石灰稳定土最重要的指标就是它的无侧限抗压强度，石灰稳定土强度随塑性指数改变而改变，塑性指数高的土，由于土的不易粉碎和拌和稳定效果反而会降低，容易使路面开裂。通过大量土工试验，施工中宜采用塑指为12—20的土源。若在施工现场不易找到较理想的土场，例如塑性指数过低或过高，为保证石灰稳定土质量，对塑性指数较低的砂性土可以通过加大石灰剂量来提高强度，或者将石灰改为水泥对其进行稳定。用石灰稳定无塑性指数的级配砂砾、级配碎石、未筛分碎石时，应添加15 %左右的黏性土；试验塑性指数偏大的黏性土时，应进行粉碎，粉碎后土块的最大尺寸不应大于 15 mm ，土的有机质含量不应超过 10 %，硫酸盐含量超过 0.8 %时不宜用石灰稳定。使用特殊类型的土壤如级配砾石、砂石、杂填土等应经试验决定[7]。

2.2 石灰

石灰的质量 衡量石灰的等级标准就是其中活性有效Mgo和Cao的含量。等级越高，稳定效果就越好，石灰的细度越大其表面积越大，在相同剂量下与土颗粒反应作用越充分因而效果越好，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Mgo和Cao含量等指标划分为优等、一等和合格品 3 个等级，道路用石灰不宜低于合格品。对于路拌施工工序来讲，生石灰可保证灰均匀性，主要原因是磨细的生石灰采用袋装，布灰时采用方格网，面积不大，容易布均匀；相反，消解后的熟石灰采用码灰条，布灰距离较宽，面积大不易撒匀。因此，建议有条件的地区最好是使用磨细生石灰拌灰土。

2.3 石灰剂量的影响

石灰剂量对石灰的强度影响比较显著，当石灰剂量低于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。石灰剂量的变化对压实度影响较大，含灰量每增加 1%，干密度可能降 0.8% ～1.5% 个百分点，如果施工中撒灰出现随意性则将导致压实度肯定出问题。因此，施工必须控制石灰剂量。

2.4 压实度的影响

压实度是石灰土质量控制主要技术指标之一。影响石灰土压实效果的因素较多，主要是土质优选，标准密度，压实机具，压实工艺，灰土拌和的均匀性，碾前含水量，压实层厚度及养生等。选择优质土，进行标准击实试验。此试验是控制石灰土压实质量不可缺少的重要试验项目，压实度可靠的一个重要前提就是要求最大干密度准确与测点实际干密度相对应。标准密度是用来衡量现场压实度的尺度，通过它衡量出路基的优劣等级，所以我们在做确定标准密度的击实试验时，必须严格按照试验规程和相关要求去做。合肥市某路路段石灰稳定土层压实度数据如下：干密度测得为2.26g/cm2，含水率为7%，标准干密度为2.33 g/cm2，测得其压实度为97%，符合设计要求。，

2.5 石灰土碾压时含水量的影响

含水量对灰土碾压是一个特别敏感的指标，控制得好坏关系到压实的成败。规范要求在达到最佳含水量的 ±1%时可进行碾压。但在具体施工过程中要根据天气、气温、季节等环境因素而定，要做好试验准确测算出含水量的损失量，最大可能控制在最佳含水量容许的范围内，以便达到碾压最省时间，同时压实效果最佳[2]。碾压时控制好含水量，能够较好地改善或防止灰土干缩缝的出现，否则不但会降低石灰土自身的强度，破坏板体结构，而且还会反射到上面层，影响工程整体质量。另外含水量控制好，容易碾压密实，其强度也会相应提高。

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）2 nH2O 即 Ca（OH）2 + nH2O =Ca（OH）2 nH2O，结晶作用使得 Ca（OH）2 nH2O相互之間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。没有水作用的 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。

2.6 碾压质量因素的影响

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。针对不同土质制定不同的压实工艺：从道路施工经验来说，塑性指数高的土质拌和后的灰土易用C25或 C30振动压路机碾压 4遍，然后光轮压路机静压成光面，而对于砂性土、粉质粘土掺配的石灰土，则用振动压路机碾压 1～2遍即可，振动压路机压实遍数过多，不但达不到效果，反而降低了压实度。碾压机械需配套，振动压路机配合三轮压路机碾压，碾压时要遵循先轻后重 先边后中，先慢后快的原则，进退有序。合肥市某路路段在石灰稳定土施工过程中，待整形后，用轻型压路机碾压1～2遍，然后按照实验段得出的碾压遍数，用重型压路机碾压。

在碾压过程中，有“弹簧”、松散、起皮等现象，及时作翻开处理。在碾压结束之前，用平地机终平一次，使其纵向顺适，路拱和超高符合设计要求。终平时仔细进行，将局部高出部分刮除并扫出路外；对于局部低洼之处，不再进行找补，留待铺上一层时处理。

2.7石灰土结构层养生条件的影响

铺筑好的石灰土结构层应及时进行养生，养生期不少于7d，养生期间要保持一定的湿度和温度，不可过湿或忽干忽湿，温度不可过低，最低温度要在5℃以上。养生方法可视具体情况，采用洒水，覆盖砂或低粘性土，或采用塑料薄膜和沥青膜等。成型期间养生温度是非常重要的，养生温度越高，石灰土强度增长越快，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，其强度和水稳定性的增长也在加快。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。

3 石灰土的病害防治

3.1石灰稳定土起皮、弹簧、拥包

控制好原材料及混合料含水量，石灰土最后一次拌合前应及时检测含水量，风大、气温较高时石灰稳定土一般控制比最佳含水量高1-3个百分点，雨季期间空气潮湿时一般控制在最佳含水量±1%之间，含水量不够时应及时洒水补充，然后拌合均匀，含水量过大则晾晒。接近施工最佳含水量时再进行碾压，控制好含水量可杜绝湿弹或干弹现象亦可避免石灰稳定土起皮。施工组织上要统筹安排，将上述易造成表面失水的工序，特别是整形工序安排，在上午10时至下午5时阳光强烈的时间以外来完成，灰土底基层早期离子交换和结晶现象不充分。石灰稳定土力学性能和土体本身性能相近，《规范》规定塑性指数15-20的粘性土适宜用于石灰稳定，塑指较高和塑指较低的土体比较，其干硬强度及潮湿粘稠度都较大，表层土体破坏就不易发生，从消除表面起皮现象出发要优先选用塑性指数接近上限的土体。

3.2石灰稳定土的开裂和龟裂

改善土质：对于塑性指数大于20的重粘土，一是加砂土或煤灰降低塑性指数；二是采用两次拌，第一次在重粘土内先加人4%-6%的石灰进行拌合闷料，2-3个月后摊开，加人剩余剂量石灰，拌合碾压成型。第一次加灰起到了降低含水量、使土质发生变化的作用，达到了“砂化”效果。

及时保湿养生：石灰稳定土养生期间应保持一定的湿度，每次洒水后，应用两轮压路机将表层压实，养生期不应少于7天，并封闭交通。

4 结束语

综上所述，石灰稳定土施工质量要从土质、石灰成分、含水量、施工工艺、石灰土养生等方面进行控制，要从源头和过程中进行控制。而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保证石灰土具有良好的强度和稳定性及整体性。

参考文献：

[1] 王俊之.石灰稳定土反应机理和施工方法[J].河南科技， 2007.（3）：47-48

[2] 李季，王献红，王佛松，等.高性能导电聚苯胺防腐涂料研究报告[R].2001，11.

[3] 张庆凯，任本杰.公路工程石灰土施工的质量控制[J].工程与建设，2006（4）：79-81.

[4] 李守贵.石灰土强度影响因素分析与对策 青海交通科技.[J].2003（3）：36-37

[5] 吴 军.石灰土施工要加强四种质量控制[J].河南科技，2005（5）：35-36.

[6] 任云峰.浅谈建筑工程施工质量控制[J].山西建筑 ，2006，32

[7] 刘海霞，李德海，邢姣秀.石灰土的强度与施工质量的关系[J].交通科技与经济， 2008（3）：71-72

[8] JTJ034 2000，公路路面基层施工技术规范[S]