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一种抑制膨胀土胀缩性的方法

2020-08-09 07:42 作者:大发888黄金版app下载 点击:

  膨胀土含有较多粘土矿物,因亲水性较强的粘土矿物对水的敏感性,使膨胀土具有吸水膨胀,失水收缩,再吸水再膨胀这种反复胀缩的特性,并且在吸水膨胀后强度下降幅度较大,对工程构成很大的危害。膨胀土地区的地基、边坡,以及作为建筑材料的膨胀土, 长期暴露在大气环境中,其表面以下一定深度的土体受到大气降水、蒸发以及温度变化的强烈影响,如何防止其反复胀缩性和强度衰减对工程造成的危害是膨胀土地区工程建设所面临的主要难题之一。针对膨胀土胀缩机理,目前国内外为抑制或减少膨胀土的胀缩性所采取的措施主要有两种(1)封闭法,保持其含水率尽量不发生变化,即通过覆盖、包封等方法使膨胀土的含水率维持不变,从而达到其体积不发生变化的目的;(2)改性法,即通过向膨胀土中添加各种能够降低其胀缩性的材料,使其土性发生变化而满足工程要求,改性方法从原理上分,主要有物理法、化学法、综合法三种,三种方法中化学改性法应用较广,其中采用石灰对膨胀土进行化学改性所占比例最大。上述两种方法目前在工程应用中还存在一些问题(1)封闭法的封闭效果难以保证,特别是对面积或体积比较大的地基基础或土工构筑物的封闭施工比较困难,很难防止膨胀土水分发生变化。(2)改性法都是采用拌和的方法,即将一定剂量的改性材料与膨胀土料用人工或机械进行拌和,尽量使改性材料与膨胀土拌和均勻,但是,由于一般膨胀土的天然含水率都比较高,土团不易分散,使得改性材料很难与膨胀土均勻拌和,特别是采用化学改性材料时,大部分改性材料都是附着在土团的表面,改性的作用很有限;而对于需要防护的膨胀土边坡来说,如果采用目前的常规改性方法,必然要对边坡坡面上一定深度的膨胀土产生较大的扰动,其结果是改性材料与膨胀土难以均勻拌合,而且拌合后的混合料在坡面上压实也比较困难。而且这两种方法对土体扰动大、施工工序复杂、费工费时,还存在施工质量不易得到保证,难以达到预期效果,采取后续补救措施也比较困难的问题。

  本发明的目的是为解决目前抑制或减少膨胀土的胀缩性所采取的措对土体扰动大、施工工序复杂、费工费时,施工质量不易得到保证,使预期效果难以达到,采取后续补救措施困难的问题,本发明提供一种抑制膨胀土胀缩性的方法,采用非扰动的方法,利用石灰的化学性质和膨胀土中粘土矿物作用的物理化学机理,在尽量减少对土体扰动的情况下抑制膨胀土胀缩性,而且施工工序简单,采取后续修复补救措施也比较容易实施。本发明采用的技术方案包括如下方法步骤

  1.石灰粉混合料由砾石或碎石和石灰粉混合而成,首先准备粒径在5-60mm的砾石或碎石和石灰粉,石灰粉可用生石灰或消石灰,根据砾石或碎石的的堆积密度计算其孔隙率, 再根据石灰粉的堆积密度计算填充砾石或碎石孔隙的体积,然后将砾石或碎石和石灰粉按照体积比等于砾石或碎石的堆积体积与砾石或碎石的孔隙体积的比例拌合成石灰粉混合料,这样就可以保证砾石或碎石颗粒在石灰粉混合料中能够形成相互接触的骨架,而石灰则填充在砾石或碎石的孔隙中;

  2.根据需要抑制发生胀缩变形的膨胀土情况,确定需要的石灰量,再根据石灰的量反算所需的砾石或碎石的量,拌合成石灰粉混合料,将石灰粉混合料在需要防护的膨胀土土体上分层压实;

  3.石灰粉混合料压实覆盖好之后,再根据工程实际情况和要求,在石灰粉混合料的上部再铺设覆盖材料,以保证石灰粉混合料能够密实成型,使其功效能够正常发挥。本发明的优点是

  本发明采用石灰粉混合料作为抑制膨胀土发生胀缩的材料,是在需要抑制其胀缩性的膨胀土表面进行施工,施工便利,施工工艺简单,质量易于保证,而且采取后续修复补救措施也比较容易实施;

  采用这种结构形式,可以很容易达到抑制膨胀土的胀缩性的目的。当大气降水或覆盖材料外部水分要由外表面进入膨胀土内部时,首先要经过砾石或碎石和石灰粉混合料,这样进入的水分首先会与石灰接触,就变成了石灰水,石灰对粘性土的膨胀抑制作用就随之实现。石灰粉混合料的自身强度比较高,不会在其上部再铺设覆盖材料和膨胀土之间形成软弱夹层,并可以减少水对被保护膨胀土的冲刷,而且可以起到很好的垫层作用。

  对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明的示意图,采用石灰粉混合料2作为抑制膨胀土 1胀缩变形的材料,石灰粉混合料2由砾石或碎石和石灰粉混合而成,在石灰粉混合料2的上部再根据实际工程的具体情况和要求铺设覆盖材料3,以保证砾石或碎石和石灰粉混合料能够成型,使其功效能够正常发挥。在地基、边坡或作为建筑材料的膨胀土 1施工准备就绪之后,在膨胀土 1上分层填筑石灰粉混合料2,并用合适的压实机具将其压实,然后在上面铺设覆盖材料3用于保持石灰粉混合料2的成型。当水透过覆盖材料3进入石灰粉混合料2中后,如果石灰粉混合料2中的石灰采用生石灰粉时,石灰遇水后首先与水反应产生Ca(OH)2,多余的水则与溶解的Ca(OH)2形成 Ca(OH)2的溶液;如果石灰粉混合料2中的石灰采用消石灰粉时,石灰遇水后形成Ca(OH)2 的溶液;进入砾石或碎石和石灰粉混合料2中的水再继续增加,超过石灰砂砾混合料的容纳能力,则Ca(OH)2的溶液开始向下部的膨胀土中流动,Ca(OH)2与膨胀土中的黏土矿物的反应,主要物理化学反应有离子交换反应、火山灰反应以及碳酸化反应。这些物理化学反应使土粒间斥力减小,促使土粒凝聚结团,形成团粒结构,生成水硬性水化物结晶体,与土粒交织在一起形成骨架,使土体强度和刚度增大,而Ca (OH) 2与水和空气中的CaO发生反应,生成强度较高的CaCO3,使土体的骨架强度增大。这样,石灰对膨胀土的改性就随Ca (OH)2的溶液的入渗而方便地实现,从而可以有效地抑制膨胀土的胀缩性。

  1. 一种抑制膨胀土胀缩性的方法,其特征在于它包括如下方法步骤a.石灰粉混合料(2)由砾石或碎石和石灰粉混合而成,首先准备粒径在5-60mm的砾石或碎石和石灰粉,石灰粉可用生石灰粉或消石灰粉,根据砾石或碎石的的堆积密度计算其孔隙率,再根据石灰粉的堆积密度计算填充砾石或碎石孔隙的体积,然后将砾石或碎石和石灰粉按照体积比等于砾石或碎石的堆积体积与砾石或碎石的孔隙体积的比例拌合成石灰粉混合料(2),这样就可以保证砾石或碎石颗粒在石灰粉混合料(2)中能够形成相互接触的骨架,而石灰则填充在砾石或碎石的孔隙中;b.根据需要抑制发生胀缩变形膨胀土(1)的情况,确定需要的石灰量,再根据石灰的量反算所需的砾石或碎石的量,拌合成石灰粉混合料(2),将石灰粉混合料(2)在需要防护的膨胀土( 1)土体上分层压实;c.石灰粉混合料(2)覆盖压实好之后,再根据工程实际情况和要求,在石灰粉混合料 (2)的上部再铺设覆盖材料(3),以保证石灰粉混合料(2)能够密实成型,使其功效能正常发挥。

  一种抑制膨胀土胀缩性的方法,采用非扰动的方法,利用石灰的化学性质和膨胀土中粘土矿物作用的物理化学机理,采用砾石或碎石和石灰粉混合料作为抑制膨胀土胀缩变形的材料,在砾石或碎石和石灰粉混合料的上部再根据实际工程的具体情况铺设覆盖材料,以保证砾石或碎石和石灰粉混合料能够成型,使其功效正常发挥。该方法能够在尽量减少对土体结构扰动的情况下抑制膨胀土胀缩性,而且施工工序简单,采取后续修复补救措施也比较容易实施。

  发明者刘学东, 刘宇, 周恒 , 孔令伟, 孙志亮, 曹豪荣, 朱明辉, 郭爱国, 金英伟 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所

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