CN106917399B - 一种降低膨胀土胀缩特性的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低膨胀土胀缩特性的方法，具体包括以下步骤：1）将膨胀土、水泥窑灰和粉煤灰原料烘干，并过5mm筛；2）将烘干、过筛后的水泥窑灰和粉煤灰按干质量2:1的比例混合均匀；3）将膨胀土与水泥窑灰‑粉煤灰混合物按干质量4:1的比例混合均匀；4）将膨胀土与水泥窑灰‑粉煤灰混合物与蒸馏水按含水率17.6%混合均匀，放入密封袋中均匀湿化24小时；5）将步骤4）得到的混合物进行标准击实，得到干密度1.72g/cm³的压实样，完成对膨胀土的改性处理。本发明用工业废弃物水泥窑灰和粉煤灰混合物处理膨胀土，降低成本、节约资源、保护环境；并降低了膨胀土的胀缩特性。

Description

一种降低膨胀土胀缩特性的方法

技术领域

本发明属于土地或岩石的改良领域，具体涉及一种降低膨胀土的胀缩特性的方法。

背景技术

膨胀土吸水膨胀产生膨胀压力，失水收缩开裂产生裂缝，反复胀缩变形以及因此引发的强度衰减对工程产生长期的、潜在的、反复的危害，使得膨胀土工程地基处理问题一直是工程地质研究领域中的重要课题之一。中国在西部拟建的21000 km的公路中有近3300km路段穿越膨胀土分布区，即我国高速公路尤其在西部高速公路建设中会遇到大量的膨胀土问题，要是公路路基达到施工要求，就必须对膨胀土进行处理，降低膨胀土的胀缩特性。

处理膨胀土一般有置换和向土中添加改性剂进行改性处理两种方式，工程量较小的时候可以采取置换的方法，但是对于公路路基这种延伸较长，工程量较大的工程，采用添加改性剂的方法则更为经济适用。改性材料多采用水泥、石灰等工业建筑材料，对工业废弃物也是采用添加单一的材料，比如单纯添加粉煤灰或者单纯添加水泥窑灰。水泥窑灰(CKD)是水泥生产过程中除CO2以外对环境影响最大的副产品，粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种降低膨胀土胀缩特性的方法。本发明综合利用水泥窑灰和粉煤灰的中的活性组分与膨胀土发生反应，起到降低膨胀土胀缩特性的作用，实现固体废弃物再利用，具有降低成本、节约资源、保护环境的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种降低膨胀土胀缩特性的方法，具体包括以下步骤：

1）将膨胀土、水泥窑灰和粉煤灰原料烘干，并过1mm筛；

2）将步骤1）烘干、过筛后的水泥窑灰和粉煤灰按干质量2:1的比例混合均匀；

3）将膨胀土与步骤2）得到的混合物按干质量4:1的比例混合均匀；

4）向步骤3）得到混合物中加蒸馏水，配制成含水率为17.6%的混合物，并放入密封袋均匀湿化24小时；

5）对步骤4）得到的混合物进行标准击实，获得干密度为1.72g/cm³的压实样，完成对膨胀土胀缩特性的改性处理。

所述步骤1）使用的膨胀土土为陕西汉中地区膨胀土。

所述步骤2）中的水泥窑灰和粉煤灰按干质量2:1混合物均匀。

所述步骤3）中的膨胀土与水泥窑灰-粉煤灰混合物按干质量4:1混合均匀。

所述步骤4）得到的含水率为17.5%，干密度为1.72g/cm³的压实样。

附图说明

图1为膨胀仪的示意图，图中，1为水槽，2为护环，3为环刀，4为导环，5为透水板，6为加压上盖，7为位移计导杆，8为位移计架，9为试样；

图2为膨胀率随时间的关系曲线；

图3为收缩仪的示意图，图中，1为量表，2为支架，3为测板，4为试样，5为多孔板，6为垫块；

图4为收缩率随时间的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明不局限于以下实施例。

实施例1

降低膨胀土胀缩特性的改性方法

水泥窑灰粉煤灰混合物改性膨胀土的施工方法，包括下述步骤：

1）将膨胀土、水泥窑灰、粉煤灰分别烘干，过1mm筛；

2）取烘干、过筛后的水泥窑灰200g、粉煤灰100g，混合均匀；

3）取800g烘干、过筛后的膨胀土和200g混合均匀的水泥窑灰-粉煤灰混合物，并混合均匀；

4）向混合均匀的膨胀土与水泥窑灰-粉煤灰混合物加176g蒸馏水，配成含水率17.6%的混合物并拌合均匀，放入密封袋中使水分均匀湿化24小时；

5）对均匀湿化的膨胀土-水泥窑灰-粉煤灰混合物进行标准击实，所用锤重为2.5kg，锤底面积19.64cm²，落距为30cm，分三层击实，每层25击，得到干密度为1.72g/cm³的试样，完成对膨胀土胀缩特行的改性处理。

实施例2

水泥窑灰粉煤灰混合物改性膨胀土对膨胀特性的影响

为检验水泥窑灰粉煤灰混合物对膨胀土膨胀特性的改性效果，利用膨胀仪对实施例1中的纯膨胀土试样和经水泥窑灰粉煤灰混合物改性处理后的混合土样进行无荷载膨胀率试验。膨胀仪如图1所示，试验过程如下：

1）在水槽内放置护环透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环，试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中心对准，安装百分表或位移传感器；

2）施加1kPa的预压力，使试样与仪器上下各部件之间接触，记录百分表或传感器初始读数；

3）自下而上向容器内注入纯水，并保持水面高出试样5mm，注水后每隔2h测记位移计读数一次，直至两次读数差值不超过0.01mm时，膨胀稳定；

4）试验结束后，吸去容器中的水，取出试样，称试样质量，测定其含水率和密度，并计算孔隙比；

5）用公式（Ⅰ）对任意时间的膨胀率进行计算，公式（Ⅰ）如下所示：

式中，δ_e为t时的无荷载膨胀率（%）；z₀为初始位移计示数（mm）；z_t为t时的位移计示数（mm）；h₀为试样的初始高度（mm）。

6）以膨胀率δ_e为纵坐标，持续时间t为横坐标做图，如图2所示，图2为膨胀率随时间的关系曲线。

由图2结果可以看出，经水泥窑灰粉煤灰混合物改性处理后的膨胀土样的膨胀率有明显的降低，最大膨胀率的值从22.43%（未经处理膨胀土）降低到了13.30%（水泥窑灰粉煤灰处理膨胀土），降低了40.7%。

以上实验结果表明，本发明提供的一种降低膨胀土胀缩特性的方法，可以显著降低膨胀土的吸水膨胀特性。

实施例3

水泥窑灰粉煤灰混合物处理对膨胀土收缩特性的影响：

利用收缩仪对实施例1中的纯膨胀土试样和经水泥窑灰粉煤灰混合物改性处理后的混合土样进行收缩试验。收缩仪的示意图如图3所示，试验过程如下：

1）将试样推出环刀并置于多孔板上，称试样和多孔板的质量，准确至0.1g，装好百分表记下初始读数；

2）在室温25℃下进行收缩试验，每隔4小时测记百分表读数，并称整套装置和试样质量准确至0.1g。2天后每隔24小时测记百分表读数并称质量，至两次百分表读数基本不变；

3）试验结束取出试样并在105℃下烘干，称干土质量准确至0.1g；

4）用蜡封法测定烘干试样体积；

5）用公式（Ⅱ）对任意时间的含水率进行计算，公式（Ⅱ）如下所示：

式中，ω_i为某时刻的含水率（%）；m_i为某时刻试样的质量（g）；m_d为试样烘干后的质量（g）；

6）用公式（Ⅲ）对线缩率进行计算，公式（Ⅲ）如下所示：

式中，δ_si为试样某时刻的线缩率（%）；z₀为初始百分表示数（mm）；z_t为某时刻的百分表示数（mm）；h₀为试样的初始高度（mm）。

7）用公式（Ⅳ）对体缩率进行计算，公式（Ⅳ）如下所示：

式中，δ_v为试样某时刻的体缩率（%）；V₀为烘干前试样体积（cm³）；V_d为烘干后试样体积（cm³）；

8）以线缩率δ_si为纵坐标，持续时间t为横坐标做图，如图4所示，图4为收缩率随时间的关系曲线。

由图4结果可以看出，经水泥窑灰粉煤灰混合物改性处理后的膨胀土样的线缩率有明显的降低，最终线缩率的值从8.45%（未经处理膨胀土）降低到了4.62%（水泥窑灰粉煤灰处理膨胀土），降低了45.3%。利用式（Ⅳ）计算得到纯膨胀土的体缩率为δ_v的值为10.2%，水泥窑灰粉煤灰混合物处理膨胀土的体缩率δ_v的值为5.12%，降低了49.8%。

以上实验结果表明，本发明提供的一种降低膨胀土胀缩特性的方法，能够显著降低膨胀土的失水收缩特性。

Claims (2)

1.一种降低膨胀土胀缩特性的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1）将膨胀土、水泥窑灰和粉煤灰原料烘干，并过1mm筛；

2）将步骤1）烘干、过筛后的水泥窑灰和粉煤灰按干质量2:1的比例混合均匀；

3）将膨胀土与步骤2）得到的混合物按干质量4:1的比例混合均匀；

4）向步骤3）得到混合物中加蒸馏水，配制成含水率为17.6%的混合物，并放入密封袋均匀湿化24小时；

5）对步骤4）得到的混合物进行标准击实，获得干密度为1.72g/cm³的压实样，完成对膨胀土胀缩特性的改性处理。

2.根据权利要求1所述的一种降低膨胀土胀缩特性的方法，其特征在于，所述步骤1）使用的膨胀土为陕西汉中地区膨胀土。