水泥、石灰改良粉土试验研究

张瑜，黄珂，朱文旺

（1.河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098；2.江苏省岩土工程技术工程研究中心，河海大学，江苏 南京 210098）

水泥、石灰改良粉土试验研究

张瑜1，2，黄珂1，2，朱文旺1，2

（1.河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098；2.江苏省岩土工程技术工程研究中心，河海大学，江苏 南京 210098）

结合泰州市东风路南段快速路改造工程，通过室内击实试验与CBR试验对加入不同掺合比水泥、石灰后的粉土的改良效果进行了测试，结果表明：水泥以及水泥+石灰改良土的CBR值相对于素土均有大幅度的提高；掺灰质量相同的情况下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰好；水泥改良土的最佳压实度为94%，当压实度超过94%后，改良土的CBR值随着压实度的提高增加幅度很小；水泥掺合比在3%～7%之间时，改良土的CBR值随着水泥掺合比的增加而增大，且CBR值与水泥掺合比关系曲线近似为直线。试验结果对实际工程建设具有一定的参考作用。

粉土；水泥；石灰；路基；CBR试验

0 引言

泰州市东风路南段（永定路—宁通高速）快速路改造工程中，沿线粉土分布较为广泛，在进行路基填筑之前，必须对填筑土料进行改良处理[1-3]。目前常用的粉土改良剂有石灰、水泥、粉煤灰等。本文在国内一些研究[4-6]的基础上，向粉土中掺入水泥以及水泥+石灰进行改良，并通过室内击实试验以及CBR试验得出改良剂的最佳掺量。

1 粉土的基本物理性质

本试验原状土样取自泰州市东风路南段（永定路—宁通高速）快速路改造工程。通过对土样进行颗粒分析、比重、液塑限以及击实试验，得到该粉土土样的基本物理性质，如表1所示。

根据液塑限试验以及颗粒分析试验结果，按照JTG E40—2007《公路土工试验规程》[7]，可将该土判定为低液限粉土。

2 试验方案

本次所有试验方法均按照《公路土工试验规程》[7]进行。土样风干碾碎后过5 mm圆孔筛，水泥为普通硅酸盐水泥，石灰中CaO含量为65%。

1）水泥改良粉土试验：向粉土试样中掺入配合比为3%、5%、7%的水泥（配合比为掺合剂与干土的质量比）。进行重型击实试验，测得素土及以上3种不同掺合比的改良土的最优含水率和最大干密度，并以各改良土的最优含水率为准，配制压实度分别为93%、94%、96%的CBR试验试样。CBR试验试样分别养护0 d和28 d，试验前需将试样浸水96 h。

2）水泥+石灰改良粉土试验：水泥掺量为3%，石灰掺量分别为3%、5%。后续试验同步骤1）。

3 试验结果分析

3.1 击实试验结果

素土、水泥改良土以及水泥+石灰改良土的击实试验结果如表2所示。可以看出：水泥改良土的最优含水率随着水泥掺量的增加而降低，最大干密度随着水泥掺量的增加基本不变；水泥+石灰改良土的最优含水率随着石灰掺量的增加而降低，最大干密度随着石灰掺量的增加基本不变。

3.2 CBR试验结果

3.2.1 水泥改良土

1）不养护条件下

不养护条件下水泥改良土CBR值与压实度关系见图1。水泥改良土CBR值相对于素土有很大提高；不同掺量水泥改良土的CBR值随着压实度的增大而增大，当压实度达到94%以后，改良土的CBR值增幅很小，原因是不养护条件下94%压实度的改良土已经拥有了较为连续的骨架结构。

2）养护28 d条件下

养护28 d条件下水泥改良土CBR值与压实度的关系见图2。不同水泥掺量改良土养护28 d后，CBR值随压实度增加而增加的幅度很小。

3）改良土的CBR值与水泥掺量的关系

由1）、2）试验结果可知，不养护和养护28 d的水泥改良土在压实度达到94%以后，其CBR值随着压实度的提升增加的并不明显，因此选择压实度为94%的水泥改良土研究其CBR值与水泥掺量的关系，如图3所示。可以看出，改良土的CBR值随着水泥掺合比的增加而增大，养护28 d的增幅较大；水泥掺合比在3%～7%之间时，不养护和养护28 d的改良土的CBR值与水泥掺合比关系曲线近似为直线。

3.2.2 水泥+石灰改良土

本试验中，水泥+石灰改良土的水泥掺量恒定为3%。

1）不养护条件下

如图4所示，改良土的CBR值比素土大很多，且随着压实度增大而增大。

2）养护28 d条件下

如图5所示，改良土的CBR值随着压实度的提高并没有明显的提升。

3）改良土的CBR值与石灰掺量的关系

改良土水泥掺量均为3%，压实度均为96%。由图6可以看出，石灰掺量在0%～5%时，水泥+石灰改良土的CBR值随石灰掺量的增加而增大，且增幅越来越大。

3.2.3 不同配合比水泥改良土及水泥+石灰改良土CBR值比较

由图7可以得出：掺3%水泥+3%石灰的改良效果比掺3%水泥好，比掺5%水泥差；掺3%水泥+5%石灰的改良效果与掺5%水泥较为接近，而比掺7%水泥的改良效果相差较多。可以推断掺灰质量相同的情况下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰好，据此也可以得出石灰的改良效果比水泥差的结论。

水泥改良粉土通过水泥发生水化反应生成凝胶物质[8]，使粉土颗粒之间有更好的联结性，粉土孔隙中的胶状体能够形成骨架进而提高粉土强度。

石灰改良土的主要作用机理有阳离子交换作用、结晶作用、碳酸化作用等，由于粉土中黏粒含量较少，阳离子交换作用较弱，使得石灰改良粉土主要依赖Ca（OH）2的碳酸化和自行结晶作用[9]。

水泥、石灰共同掺入粉土后，养护过程中，水泥、石灰与土之间发生一系列化学反应，例如水化作用、碳酸化作用等，使得粉土的整体性与强度有了很大的提高。

根据以上试验数据及分析可得出以下结论：

1）水泥改良土的最优含水率随着水泥掺量的增加而降低，最大干密度随着水泥掺量的增加基本不变；水泥+石灰改良土的最优含水率随着石灰掺量的增加而降低，最大干密度随着石灰掺量的增加基本不变。

2）水泥改良土的CBR值相对于素土有很大的提高，不同掺量水泥改良土的CBR值随着压实度的增大而增大。未养护时，当压实度达到94%以后，改良土的CBR值增幅很小；养护28 d后，CBR值随着压实度的增加而增加的幅度很小。

3）水泥改良土的CBR值随着水泥掺合比的增加而增大；水泥掺合比在3%～7%之间时，不养护和养护28 d的改良土的CBR值与水泥掺合比关系曲线近似为直线。

4）水泥+石灰改良土的CBR值相对于素土有很大的提高，未养护时，CBR值随着压实度增大而增大，养护28 d后，CBR值随着压实度的提高没有明显的提升。

5）石灰掺量范围在0%～5%之间时，水泥+石灰改良土的CBR值随着石灰掺量的增加而增大，且增幅逐渐增大。

6）掺灰质量相同的情况下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰的效果好。

4 结语

通过使用水泥以及水泥+石灰对泰州地区粉土进行改良，并利用室内CBR试验对改良粉土的效果进行了研究，发现水泥以及水泥+石灰都能有效地提高粉土的物理力学性质，改良土的CBR值相对于素土均有大幅度的提高；掺灰质量相同的情况下，水泥改良粉土的效果比水泥+石灰好，因此现场施工选用水泥改良更佳；综合水泥改良土的CBR值与压实度关系曲线可以看出最佳压实度为94%，当压实度超过94%后，改良土的CBR值随着压实度的提高增加幅度很小；水泥掺合比在3%～7%之间时，改良土的CBR值随着水泥掺合比的增加而增大，且CBR值与水泥掺合比关系曲线近似为直线，实际工程中可以根据路基土样的强度需求进行现场测试试验进而选择合适的水泥掺量。

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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

浙江省交通运输厅科技计划项目（2015J06）

张瑜（1991— ），女，河南南阳市人，硕士研究生，从事岩土工程特殊土处治技术研究。E-mail：136019356@qq.com