石灰土的強度對施工質(zhì)量的影響

侯 靜

（黑龍江省公路工程監(jiān)理咨詢公司）

0 前言

石灰土作為道路的底基層和墊層從20世紀70年代起在北方地區(qū)得到廣泛應用,它具有較好的板體性、力學強度、水穩(wěn)定性和一定程度的抗凍性,解決了北方不良地質(zhì)條件地區(qū)由于混合石作為基層墊層而帶來的道路翻漿問題。然而,由于近年來有些道路在施工中石灰土層的施工質(zhì)量沒有足夠的重視,致使石灰土層強度形成不足、水穩(wěn)定性差,導致道路在使用早期發(fā)生破壞,由此我們有必要分析一下施工質(zhì)量與石灰土強度關系。

1 石灰土強度形成過程

石灰土強度和穩(wěn)定性是由于其自身產(chǎn)生的一系列化學、物理化學和物理學變化所形成的,影響石灰土強度和穩(wěn)定性有其內(nèi)因和外因兩個方面,內(nèi)因有土質(zhì)灰質(zhì)、石灰劑量、碾壓含水量和密實度,外因有溫度、濕度和時間。

一般認為,石灰土強度主要由離子交換、氫氧化鈣遇水自行結晶和炭化作用形成。離子交換作用和氫氧化鈣自行結晶為石灰土強度早期形成的因素,而炭化作用則在后期作用明顯。

2 施工質(zhì)量對石灰土強度形成的影響

石灰土的施工要做到原材料合格、配灰準確、拌和均勻,掌握好最佳含水量,碾壓密實,加強初期養(yǎng)護。

2.1 原材料的影響

石灰、土、水的質(zhì)量決定了石灰土的品質(zhì),優(yōu)質(zhì)的石灰、土、水及準確的配料是石灰土結構層強度形成的必要條件之一。

石灰：生石灰的主要成份是CaO與MgO,當MgO的含量大于5％時稱為鎂質(zhì)灰,小于5％時稱為鈣質(zhì)灰,根據(jù)CaO和MgO含量等指標劃分為優(yōu)等、一等和合格品三個等級,道路用石灰不宜低于合格品。只有保證石灰中的CaO和MgO的含量才能保證石灰土進行充分的離子交換、炭化作用和結晶作用,并且應盡量縮短石灰的存放時間。

土：一般土類均可配制石灰土,但優(yōu)先選用塑性指數(shù)為12～20的粘性土。比表面積大的粘土更易與石灰發(fā)生作用,形成強度。

水：應盡量選擇干凈的可供飲用的水。

2.2 石灰劑量的影響

石灰的劑量對石灰的強度影響顯著,當石灰的劑量低于3％～4％時,石灰主要起穩(wěn)定作用,隨著石灰劑量的增加強度明顯提高,石灰劑量過大反而會導致石灰土強度下降并使造價提高。

2.3 石灰土的拌和對石灰土強度的影響

石灰土強度形成主要靠離子交換、Ca（OH）2自行結晶和炭化作用。離子交換作用原理是粘土顆粒呈陰極,把土溶液中的K+、Na+等陽離子吸引到粘土顆粒表面的薄膜水中,當石灰加入后,在溶液中離解出來的Ca2+離子與粘土表面的K+、Na+離子進行交換,呈負極的土顆粒直接吸附溶液中的Ca2+離子,離子交換及土粒吸附鈣離子后,使土粒表面的薄膜水水膜變薄,土顆粒之間的分子吸引力加大,土的水穩(wěn)定性得到提高,土粒間的結構緊密,強度提高。只有將土粒與石灰充分攪拌均勻,增加土顆粒與石灰顆粒的接觸面積,才能更有利于這種離子交換,反之,這種離子交換則不能充分的進行,作為整體的石灰土層也會由于存在著沒有進行離子交換的原狀土團粒和石灰團粒而出現(xiàn)薄弱端面,使石灰土層局部失去板體性能,從而導致道路發(fā)生破壞。某城市某道路在1994年由16m擴建為32m,底基層為石灰土結構。在石灰土施工時,施工單位沒有路拌機,用推土機對石灰土進行攪拌。由于工期緊張,石灰土攪拌后沒有過篩便進行了攤鋪碾壓。1997年該路段有2 000m2發(fā)生破壞,1998年城建部門對此進行了翻建。挖除舊路時發(fā)現(xiàn),石灰土層強度極為不均,在土團集中處石灰土層斷裂,已無板體性。正是由于石灰土板體性的喪失導致道路使用3年便發(fā)生破壞。

2.4 石灰土碾壓時的含水量對強度形成的影響

石灰土強度的形成與石灰土的含水量有著重要的關系,離子交換需要石灰土保持一定的含水量,Ca（OH）2自行結晶的生成物為晶體Ca（OH）2nH2O即Ca（OH）2+nH2O=Ca（OH）2nH2O結晶作用使得Ca（OH）2nH2O相互之間與土顆粒之間形成晶格,使石灰土強度及水穩(wěn)定性得到提高。沒有水的作用Ca（OH）2自行結晶不能完成,同時為了使石灰土成型密實,達到最大密實度,必須掌握好碾壓時的含水量,含水量過低時不但會導致石灰土松散發(fā)裂,而且由于石灰土在碾壓時土顆粒與石灰顆粒形成嵌擠結構,具有一定的密實度,即使養(yǎng)生撒水也只能濕潤石灰表面,缺水的表層以下的石灰土則由于含水量不足不能充分進行離子交換和Ca（OH）2結晶作用,導致石灰土無法形成強度。某城市某道路于1990年修建,石灰土層在施工時攪拌均勻,有效鈣鎂含量測定滿足設計要求,在攤鋪前過了篩,保證了石灰土的土顆粒與石灰顆粒的接觸面積。但由于施工現(xiàn)場附近無水源,石灰土含水量過低,施工碾壓時只對石灰土表面灑水。該路段建成通車后兩年便開始發(fā)現(xiàn)破壞現(xiàn)象。1994年在翻建補強時發(fā)現(xiàn),破壞路段的石灰土幾乎為一層松散層,沒有形成板體性。也正是由于這一層松散層的存在,大大地降低了道路的使用年限。反之,含水量過大時,待水分蒸發(fā)后易干裂,嚴重時還會翻漿。不同土質(zhì)的石灰土其最佳含水量有所差異,需通過標準擊實實驗,求得所施工石灰土的最佳含水量,施工中的實際含水量以最佳含水量為標準,上下波動不應超過1％。

2.5 碾壓質(zhì)量對石灰土強度的影響

碾壓應達到密實度設計要求,同時石灰土的強度隨密實度的增長而明顯增長,且抗凍性、水穩(wěn)定性、抗縮裂性都有提高,此外碾壓應達到無明顯輪跡。

2.6 養(yǎng)生的濕度和溫度對石灰土強度形成的影響

石灰土成型后必須進行潮濕養(yǎng)生,以防止表層干燥松散和強度受到損失,保證離子交換、炭化作用和結晶作用的進行,使石灰土獲得較高的早期強度。

一般認為,溫度越高石灰土各種礦物質(zhì)的活性增大的越大,離子交換、結晶作用都在加速,其強度和水穩(wěn)定性增長的越快。石灰土的強度和穩(wěn)定性是隨著時間而增長,且前期增長較快,3個月齡期的石灰土強度已能達到50％左右,后期強度增長較慢。氣溫出現(xiàn)負溫后,石灰土強度有所損失,氣溫恢復正常后強度還會繼續(xù)形成,但增長的速度較慢,所以在北方地區(qū)最佳施工期為5月至7月。長春市斯大林大街（后改稱人民大街）人民廣場至解放廣場段,于1993年翻建施工。石灰土層施工時做到了在最佳攪拌、最佳含水量、最佳施工期（6月）施工,道路建成后質(zhì)量相當好,在1995年全國市政工程檢驗評比中獲優(yōu)質(zhì)獎,道路使用至今無破壞現(xiàn)象。

3 結束語

石灰土強度形成與石灰土的施工質(zhì)量有著密不可分的關系,充分地認識這種關系有利于我們合理安排石灰土的施工期,抓住關鍵工序,解決關鍵問題,保證石灰土具有良好的強度和穩(wěn)定性及整體性,提高道路的服務年限。