雒国锋, 侯毓山

（新疆北新路桥集团股份有限公司, 新疆乌鲁木齐 830002）

1 概述

膨胀土是一种颗粒高度分散的高塑性粘土, 主要由粘土矿物组成, 对环境的湿热变化极为敏感。膨胀土是在吸水条件下膨胀软化, 失水条件下收缩开裂的一种特殊土。在实际工程领域又称灾害性土, 是不良地质作用之一。

膨胀土具有膨胀收缩、裂隙和超固结三种性质。也正是由于膨胀土的“三性”特性, 使得膨胀土的工程性能很差, 在工程建设中经常引发各种工程事故[1-4]。

由于国家不断加大大气污染的治理力度, 使得各地政府纷纷关停高污染企业, 生石灰的生产受到了很大的限制, 难以满足工程建设的需要。电石灰是电石在发生化学反应时的产物, 其主要成分为氢氧化钙, pH值为13～14, 呈强碱性且具有较强的腐蚀性。由于电石灰的主要成分与消石灰相同, 都是氢氧化钙, 因此, 可以将电石灰用于替代生石灰用于工程之中处治膨胀土[5-6]。

2 原材料性质

2.1 膨胀土的基本性质

本文选取的是河南某地区的土样, 取样深度为1.0～1.5m, 土样呈现暗黄色且中间夹杂白色；同时所取土样网状裂隙极为发育, 有蜡面, 易风化呈现细粒状且裂隙中填着灰白、灰绿色粘土。烘干后的土样如图1所示。

图1 烘干后土样

通过自由膨胀率试验得出所取土样的自由膨胀率为48.3%, 根据《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-2011）[7]可以判断该膨胀土为弱膨胀土。其物理力学指 标如表1所示。

表1 膨胀土的基本物理性质

2.2 电石灰的基本性质

电石灰中主要化学成分是CaO（质量占比达70%以上）, 其主要化合物为Ca（OH）2, 与消石灰类似, 能够与土发生一系列的物理、化学作用, 从而使电石灰稳定土具有一定的强度。本试验所用电石灰（如图2所示）来自某市电石灰调配中心, 由于出厂电石灰含水量较大, 使用前需要将电石灰烘干后再用。

图2 电石灰

3 电石灰改良膨胀土击实试验研究

3.1 混合料配合比的选取

本文使用电石灰对膨胀土进行改良, 参照既有研究成果并结合实际工程应用情况[8-9], 最终确定了电石灰和膨胀土之间的掺量, 其中, 电石灰剂量（电石灰占混合料的质量百分比）分别为8%、12%、16%和20%, 剩余部分为膨胀土的质量含量。具体各比例混合料的配比见表2。

表2 电石灰改性剂改良膨胀土配合比（质量含量）

3.2 击实试验结果及分析

通过击实试验来测定素膨胀土和其他四个配合比在各自不同含水率下的干密度, 并由此绘制含水率—干密度曲线图。在干密度随含水率变化曲线图上峰值点所对应的含水率和干密度即为该配比电石灰改良膨胀土的最佳含水率与最大干密度[10-11]。由素膨胀土及电石灰改良膨胀土的击实可以看出, 试验结果得到的最佳含水率和最大干密度结果见表3, 可以看出, 随着电石灰掺量的增加, 其最佳含水率逐渐减少（除了电石灰含水率为16%的混合料）, 而其最大干密度数值变化不大, 也没有一定的规律。

表3 最佳含水率与最大干密度结果

4 电石灰改良膨胀土无侧限抗压强度试验结果及分析

利用静压法制备电石灰改良膨胀土无侧限抗压强度小试件（试件直径和高分别为5cm, 每组配比制作6个小试件）, 置于恒温恒湿养护箱养护6d（养护温度为20℃±2℃, 养护湿度为不小于95%）, 浸水1d, 然后利用路强仪测得的7d无侧限抗压强度如图3所示[11]。

由图3可以看出, 当电石灰含量为0时（即素膨胀土）, 在最后一天的泡水养护中, 试件会崩解松散, 因而素膨胀土的无侧限抗压强度为0, 说明, 膨胀土的水稳定性极差, 在水浸泡之后无任何强度；随着电石灰掺量的增加, 电石灰改良膨胀土混合料的7d无侧限抗压强度值先增大后减小, 在电石灰掺量为16%和膨胀土含量为84%时, 混合料7d无侧限抗压强度值最大, 为6.4kPa, 说明掺加了电石灰的膨胀土混合料7d无侧限抗压强度得到了明显提高, 因此电石灰可以用于膨胀土的改良；电石灰含量为20%的电石灰改良膨胀土混合料的7d无侧限抗压强度比电石灰含量为16%的混合料的强度低, 说明过量的电石灰不能一直提高混合料的强度, 因此, 在使用过程中需要根据试验结果合理确定电石灰的掺量。

图3 电石灰膨改良胀土无侧限抗压强度

5 电石灰改良膨胀土劈裂强度试验结果及分析

按照上述无侧限抗压强度试件制备的方法制备试件并进行劈裂强度试验, 结果如图4所示。由图4可以看出, 当电石灰含量为0时, 素膨胀土试件在最后一天的浸水中全部崩解, 其劈裂强度为0, 随着电石灰含量的增加, 膨胀土的劈裂强度也随之增加, 当电石灰含量为16%时, 电石灰改良膨胀土的劈裂强度最大为3.7kPa, 当电石灰含量为20%时, 电石灰改良膨胀土的劈裂强度降低到3.4kPa。

图4 电石灰膨改良胀土劈裂强度

结果表明, 向原状膨胀土中掺加适量的电石灰可以在一定程度上提高膨胀土的劈裂强度。

6 结论

利用电石灰对膨胀土进行改良, 确定合理的配合比并进行混合料的无侧限抗压强度试验, 结果表明：

（1）膨胀土的水稳定性极差, 在水浸泡之后无任何强度；随着电石灰掺量的增加, 电石灰改良膨胀土混合料的7d无侧限抗压强度和劈裂强度都得到明显提高, 并且无侧向抗压强度和劈裂强度均是先增大后减小, 在电石灰含量为16%时强度最高。因此, 电石灰可以用于改良膨胀土并提高其力学性能；

（2）过量的电石灰不能一直提高电石灰改良膨胀土混合料的力学性能, 过量的电石灰会降低混合料的无侧限抗压强度和劈裂强度, 因此, 在使用过程中需要根据试验结果合理确定电石灰的掺量。