石灰改良红黏土试验研究

钱程

摘要：针对红黏土液限高、塑性指数高的特点、收缩变形大、含水率高，文章采用不同掺量的石灰对红黏土进行改良，并设计界限含水率试验、击实试验及加州承载比（CBR）试验，分析石灰改良红黏土物理力学性质的变化规律。结果表明：随着石灰掺量的增加，土体液限和塑性指数逐渐减小，塑限逐渐增加，当石灰掺量达到7%时，液限从55.3%下降到48.2%，塑限从29%增加到33.9%，塑性指数从26.3下降到14.3;最大干密度随着石灰掺量增加逐渐减小，承载比随着石灰掺量增加大幅度增加，石灰掺量达到7%时，最大干密度和承载比分别为1.65和34%，最终确定石灰的最佳掺量为7%。

关键词：红黏土;石灰改良;界限含水率;击实特性;CBR

0 引言

红黏土广泛分布于我国南方地区，给工程建设带来了很大的困扰[1][2]。随着高液限土地区的工程建设项目逐渐增多，若对高液限土进行废弃换填，将大幅增加工程成本。因此，为满足公路路基填筑要求，需要对高液限土进行改良。

目前众多学者对红黏土的处置方案、物理化学特性和改良效果等方面做了很多研究和分析。盘霞等[3]采用石灰、水泥以及两者按比例混合对红黏土进行改良，通过大量室内试验，得到石灰与水泥按比例混合改良红黏土的效果介于两者之间;李佳明等[4]利用纳米石墨粉对红黏土进行改良，通过大量室内试验，对纳米石墨粉改良红黏土的物理力学特性进行了分析，并研究了其改良机理;黄娟[5]采用无侧限抗压强度试验以及水敏性试验，对粉煤灰改良红黏土的强度以及含水量进行了研究，指出粉煤灰改良红黏土的最佳掺量为10%;颜椿钊等[6]采用大量室内试验，对废弃轮胎橡胶颗粒改良红黏土进行研究，分析了改良后红黏土的力学性质的变化规律，得到轮胎橡胶颗粒最佳掺量为2%～4%。

本文采用石灰对红黏土进行改良，通过界限含水率试验、击实试验以及承载比（CBR）试验分析改良后红黏土力学性质的变化规律，确定石灰改良红黏土的最佳掺量。

1 试验土样及改良材料

试验所用红黏土颗粒分析结果及其基本物理性质如表1、表2所示。所选石灰主要成分为CaO，占92.49%，颜色呈灰白色，具体化学成分见表3。

2 石灰改良红黏土室内试验研究

2.1 界限含水率试验

界限含水率试验参考《公路土工试验规程》（G E40-2007），改良红黏土试样按照石灰配比（0%、3%、5%、7%、9%）分别制备，测定石灰改良红黏土界限含水率，其试验结果见表4和图1。

由试验结果可知，红黏土液限和塑限分别为55.3%和29%，塑性指数为26.3，当石灰掺量达到7%时，塑性指数降到14.3，塑限值上升至34%，两者变化曲线均呈阶梯状变化，液限值下降至48.2%，基本呈线性变化。當石灰掺量在0%～3%和7%～9%两个区段时，塑限及塑性指数数值变化不大，曲线变动相对平缓。因此，选择石灰对红黏土进行改良时，石灰掺量应控制在7%左右。其主要原因是石灰掺入红黏土后，首先反应生成的Ca（OH）2在水中解离出大量的Ca2+，将土颗粒表面的K+、Na+置换出来，土颗粒结合水膜变薄，土颗粒间的排斥能得到减弱，土颗粒亲水性得到降低。同时，由于石灰与土体反应生成Ca（OH）2等胶结物质将红黏土中松散土颗粒团聚成整体，孔隙数量下降，导致土体储水能力下降，因此石灰改良红黏土的液限及塑性指数出现下降[7]。

2.2 击实试验

击实试验参考《公路土工试验规程》（G E40-2007），改良红黏土试样按照石灰配比（0%、3%、5%、7%、9%）分别制备，试验分三层击实，每层击实数为98次，测定石灰改良红黏土最佳含水率和最大干密度。试验结果见表5和图2。

图2为不同石灰掺量的石灰改良土最佳含水率及最大干密度变化曲线。由图2可知，掺入石灰后高液限土的击实特性发生明显变化，随着石灰掺量的增加，最大干密度逐渐减小，最佳含水率逐渐增大。当石灰掺量达到7%时，石灰改良红黏土土的最大干密度减小到1.65 g/cm3，对应的最佳含水率增加到21.7%。主要原因是石灰掺入红黏土后，由于离子交换反应以及胶结作用，土颗粒表面的吸附水膜厚度减小，生成的Ca（OH）2等胶结物质使土颗粒产生团聚效果，红黏土颗粒的排列以及孔隙的分布、大小都发生了改变，使土颗粒形成较为稳定的整体，改变了土体的压实性能[8]。

2.3 承载比试验

承载比试验参考《公路土工试验规程》（G E40-2007），分别制备不同掺量（0%、3%、5%、7%、9%）的石灰改良红黏土，含水率控制为各自最佳含水率，然后进行承载比试验。试验结果见表6和图3。

由表6和图3试验结果可知，红黏土承载比CBR结果并没有达到施工规范的要求，仅为2.8，但随着石灰掺量的增加，CBR值得到明显的提高，当石灰掺量达到7%时，承载比CBR值为34，相比于素土提升了近10倍，当石灰掺量超过7%时，承载比CBR值增长缓慢，曲线逐渐平缓。

3 结语

（1）红黏土液限和塑限分别为55.3%和29%，当石灰掺量为7%时，液限降低到48.2%，塑限上升至33.9%，塑性指数从26.3降低到14.3。掺入石灰对红黏土塑性指数有了较大的改善。

（2）当石灰掺量为7%时，石灰改良红黏土最佳含水量由19.6%增加到21.7%，最大干密度由1.70下降至1.65。承载比CBR值也随着掺石灰掺量的增加而逐渐提升，石灰掺量为7%时CBR值达到了34，大幅度提高了土体的承载能力。

参考文献：

[1]王林峰，田 耘，曾 彪，等.高液限红黏土的压实特性与路基填筑方案[J].材料导报，2019，33（10）：1 666-1 670.

[2]武宝军，牛金贵.红黏土路用性能试验研究[J].公路，2018，63（10）：59-63.

[3]盘 霞，黄 强.石灰水泥改良红黏土试验研究[J].西部交通科技，2019（10）：4-6.

[4]李佳明，陈学军，杨 越，等.纳米石墨粉改良红黏土试验[J].河南科技大学学报（自然科学版），2019，40（5）：69-73，80.

[5]黄 娟.基于粉煤灰改良红黏土路用试验研究[J].粉煤灰综合利用，2019（2），75-78.

[6]颜椿钊，张 雁，郭利勇.废弃轮胎橡胶颗粒改良红黏土强度试验研究[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2015（4）：114-117.

[7]刘 磊，董 薇，李秉宜.消石灰改良红黏土室内试验研究[J].人民珠江，2017，38（3）：25-28.

[8]曾 军.石灰改良红黏土的试验研究[J].铁道科学与工程学报，2016，13（7）：1 289-1 293.

作者简介：钱 程（1995—），硕士研究生，研究方向：土质改良。