石灰、水玻璃改良粉土的试验研究

马文宁，杨再福

（1.泰州市城市基础设施建设发展有限公司，江苏泰州225000；2.苏交科集团股份有限公司，江苏南京215000）

石灰、水玻璃改良粉土的试验研究

马文宁1，杨再福2

（1.泰州市城市基础设施建设发展有限公司，江苏泰州225000；2.苏交科集团股份有限公司，江苏南京215000）

通过对泰州地区低液限粉土进行室内改良试验，研究石灰和石灰+水玻璃作为改良剂对该地区粉土的改良效果。研究发现：石灰改良土的最大干密度小于素土的最大干密度，且随着石灰掺量的增加最大干密度先增大后减小，最优含水率与素土基本相同，增加石灰掺量能有效提高粉土的强度，当石灰石掺量增加到一定程度时，压实度对石灰改良土强度的影响程度减弱，随着龄期的增加石灰改良土强度明显增长；石灰+水玻璃改良土的最大干密度和最优含水率随着改良剂掺量的变化基本不变，其强度远远大于素土强度，随着压实度的提高改良土的强度增加不明显，随着龄期的增加，改良土强度增长不明显；在石灰掺量不变的情况下，改良土的CBR值随水玻璃掺量的增加明显增大。

石灰；水玻璃；加州承载比；粉土；路基；改良试验

0 引言

本项目研究依托泰州市东风路南段（永定路—宁通高速）快速路改造工程。泰州位于长江三角洲平原区，砂质粉土分布广泛，粉土具有特殊工程性质，低塑性，一般70%以上的粒组为粉粒和细砂粒，比表面积不大，毛细现象突出等。因此，沿线土质不能直接当作路基填料在工程中应用，需要进行固化处理，以保证路基施工质量。相关学者专家对此进行了研究[1-4]。工程中广泛采用的改良方法主要有物理改良和化学改良，其中采用稳定剂进行粉土改良加固方面，主要采用一种或几种无机结合料，如水泥、石灰、粉煤灰等进行粉土的加固，并取得了很好的改良效果[5-8]。

由于颗粒组成、矿物成分不同，不同改良剂对不同地区粉土改良效果有明显差异。因此，有必要通过相关试验对该地区粉土进行改良试验研究，具体分析不同改良剂改良效果及其适应性，同时分析不同改良剂掺量与压实度对改良土强度影响，得到改良该种土的最佳方案。

1 试验方案及方法

1.1 试验方案的设计

通过采用不同改良剂，不同掺量改良土的物理特性，采用重型击实试验确定最大干密度和最优含水率，研究分析不同改良土的压实特性。然后分别围绕不同的压实度（93%、94%、96%）、不同龄期（0 d、28 d）对改良填料以路基填料的CBR值作为填筑质量的控制指标影响规律进行研究，并加以分析对比，为该地区路基工程的设计和施工提供相应参考依据。

1.2 试验方法

1）本试验用土取该地区快速路改造工程沿线粉土，分别采用不同改良剂（石灰、石灰+模数为2.6~2.9的水玻璃）、不同掺量（石灰改良掺量分别为3%、5%、7%；石灰+水玻璃掺量为1%+3%、3%+1%、3%+3%，前面为石灰掺量，后面为水玻璃掺量，以下同）进行研究。

2）通过重型击实试验得到素土及不同改良土的最大干密度和最优含水率，分别在最优含水率和不同的压实度（93%、94%、96%）条件下对各改良土按JTG E40—2007《公路土工试验规程》[9]采用静压法制备试样，分别养护0 d和28 d并浸水4昼夜后进行CBR试验。

3）分析每种改良剂的改良效果，对比不同改良剂的改良效果以及不同因素对强度的影响规律。

2 试验结果

对取土坑的素土进行了液塑限、比重、颗粒分析以及击实试验，其试验结果见表1。从颗粒分析结果以及结合液塑限情况，依据规范《公路土工试验规程》[9]可知该土属于低液限粉土。粉粒（0.002~0.075 mm）含量占总量的90.7%左右，黏粒很少，从性质上更多显示出粉土的性质：颗粒较为均匀、级配差，难于压实同时粉粒毛细作用强烈，水稳定性差。

表1 粉土土样基本物理性质指标Table 1The basic physical properties of soil

2.1 改良土的击实效果

石灰改良土和石灰+水玻璃改良土的击实曲线分别如图1、图2。

图1 石灰改良土击实曲线Fig.1Lime soil compaction curve

图2 石灰+水玻璃改良土击实曲线Fig.2Lime+sodium silicate modified soil compaction curve

分析图1可以发现，对于石灰改良土而言，掺加石灰后的最大干密度小于素土的最大干密度，且随着石灰掺量的增加最大干密度先增大后减小。这是因为石灰的比重远小于素土的比重，当石灰加到素土中后不仅改变了土的颗粒成分，同时改变了土的比重。所以使石灰改良土的最大干密度小于素土的最大干密度。当向该素土中掺入石灰时，石灰会与土颗粒中矿物成分以及土中空气发生复杂的化学反应，生成坚硬的固体胶结物，当掺量较少时生成的固体胶结物较少，最大干密度较小，随着掺量的增加生成的固体胶结物相对增加，从而使改良土的最大干密度增加。

从图2可知，石灰+水玻璃改良土的最大干密度和最优含水率随着改良剂掺量的变化基本不变。究其原因，是由于水玻璃溶液中的硅酸根离子与石灰中的钙离子产生剧烈的化学反应，把周围土颗粒牢牢地粘结在一起生成坚硬的固体。由于反应剧烈，反应时间较短，这就导致了该种改良土的最大干密度随改良剂掺量的变化基本不变。

2.2 CBR试验结果与分析

1）不养护条件下改良土CBR值与压实度关系

不同掺量石灰改良土、石灰+水玻璃改良土在不同压实度（93%、94%、96%）条件下不养护直接浸水4昼夜后进行CBR试验，相关试验结果见图3、图4。

图3 石灰改良土不养护条件下CBR值随压实度的变化Fig.3The change of CBR value with degree of compaction under the condition of non curing of lime improved soil

图4 石灰+水玻璃改良土不养护条件下CBR值随压实度的变化曲线Fig.4The change of CBR value with degree of compaction under the condition of non curing of lime+sodium silicate improved soil

由图3可知，不养护条件下石灰改良土的CBR值随着掺量的增加而增大，这是因为石灰与土中矿物成分及空气发生较复杂的化学反应生成坚硬固体胶结物使改良土的强度增加，随着掺量的增加这种反应越明显，改良土的强度也越大。3%、5%石灰改良土CBR值随压实度的增加明显增大，7%石灰改良土CBR值随压实度的增大基本不变。这就说明，增加石灰掺量能有效提高泰州地区粉土的强度，当石灰石掺量增加到一定程度时，压实度对改良土强度的影响程度减弱。

分析图4可知，在不养护条件下石灰+水玻璃改良土的CBR值远远大于素土CBR值，随着压实度的提高改良土的强度增加幅度不明显。究其原因，是因为石灰、水玻璃不仅能与土中矿物成分和空气发生复杂化学反应，而且两种改良剂本身还能发生剧烈的化学反应，生成的固体物质将周围土颗粒黏结在一起形成坚硬的块状物质，使改良土的强度快速增大。显然，石灰+水玻璃改良土早期强度大，适应工期紧，对早期强度有较高要求的工程，同时，采用此种改良剂改良粉土时对施工速度也有较高要求。

2）养护28d条件下改良土CBR值与压实度关系

不同掺量石灰改良土、石灰+水玻璃改良土在不同压实度（93%、94%、96%）条件下养护28 d浸水4昼夜后的CBR试验结果见图5、图6。

图5 石灰改良土养护28 d条件下CBR值随压实度的变化Fig.5The change ofCBRvalue with degree of compaction in the 28 d curing condition of lime improved soil

图6 石灰+水玻璃改良土养护28 d条件下CBR值随压实度的变化Fig.6The change of CBR value with degree of compaction in the 28 d curing condition of lime+sodium silicate improved soil

由图5，养护28 d后的石灰改良土的CBR值较素土有很大提高，随着掺量的增加改良土的CBR值越来越大。28 d龄期条件下，3%、5%石灰改良土的CBR值随压实度的增加明显增大，7%石灰改良土的CBR值随压实度的增大基本不变。从图6可以看出，28 d龄期条件下石灰+水玻璃改良土CBR值较素土提高明显，相同掺量石灰+水玻璃改良土随压实度的提高CBR值增长不明显。

比较图3与图5、图4与图6可以看出，28 d龄期较0 d龄期石灰改良土的CBR值有明显提高，石灰+水玻璃改良土的CBR值随龄期增长提高不大。

3）石灰+水玻璃改良土的CBR值与水玻璃掺量的关系

石灰掺量为3%时，石灰+水玻璃改良土的CBR值与水玻璃掺量的关系如图7所示。

图7 石灰+水玻璃改良土的CBR值与水玻璃掺量的关系Fig.7Relationship between the CBR value of the lime+ sodium silicate improved soil and the amount of sodium silicate

通过分析可以发现，石灰掺量不变的情况下，改良土的CBR值随水玻璃掺量的增加明显增大。比较3条曲线可知，改良土的强度随压实度的增大均有所提高。这是因为水玻璃的掺量越大，石灰与水玻璃的反应越充分，生成的坚硬固体胶结物越多，从而改良土的强度越大。

3 结语

1）对于石灰改良土而言，掺加石灰后的最大干密度小于素土的最大干密度，且随着石灰掺量的增加最大干密度先增大后减小，最优含水率与素土基本相同。石灰+水玻璃改良土的最大干密度和最优含水率随着改良剂掺量的变化基本不变。

2）增加石灰掺量能有效提高粉土的强度，当石灰掺量增加到一定程度时，压实度对石灰改良土强度的影响程度减弱。随着龄期的增加石灰改良土强度明显增长。

3）石灰+水玻璃改良土的强度远远大于素土强度，随着压实度的提高改良土的强度增加幅度不明显，石灰掺量不变的情况下，改良土的CBR值随水玻璃掺量的增加明显增大，随着龄期的增加石灰改良土强度明显增长。

4）从室内试验结果看，分别采用石灰、石灰+水玻璃改良低液限粉土是可行的，工程中可根据具体情况选择最优改良方案进行粉土加固。

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Experimental study on lime and sodium silicate to improve silt

MA Wen-ning1,YANG Zai-fu2
（1.The Development of Limited Company of Taizhou City Infrastructure Construction,Taizhou,Jiangsu 225000,China; 2.Jiangsu Transportation Research Institute of Limited by Share Ltd.,Nanjing,Jiangsu 215000,China）

An improvement effect of low liquid limit silt,which used lime and lime+sodium silicate as ameliorant,has been studied based on laboratory improvement tests.It has been discovered that the maximum dry density of lime-improved soil is less than that of pure soil,and increases at first then decreases with the increasing of lime dosage.The optimum moisture content of lime-improved soil and pure soil are basically same.The increasing of slaked lime dosage is advantage to the improvement of the strength of silt,while the impact of compactness weakens as the increasing to a certain extent and strength of lime-improved soil enhances obviously with the increasing of age.The maximum dry density of slaked lime+sodium silicate improved soil is not affected by the change of dosage as well as the optimum moisture content.The strength of slaked lime+ sodium silicate improved soil,which enhances not obviously with the improvement of compactness and the increasing of age,is much higher than that of pure soil.When the lime dosage is not changed,the CBR values of improved soil enhance obviously with the increasing of sodium silicate dosage.

lime;sodium silicate;California bearing ratio;silty sand;subgrade;improved test

U654

A

2095-7874（2017）07-0062-04

10.7640/zggwjs201707014

2016-11-03

2017-02-04

泰州市科技支撑计划（社会发展）项目（ssf20150072）

马文宁（1967—），男，江苏扬州人，高级工程师，主要从事道路工程研究。E-mail：790902887@qq.com