石灰稳定偏高岭土击实-养护期的力学特性

摘要

特殊土大都具有水敏性强和强度低的共性，常引起大量公路、铁路路基工程灾害，已逐渐成为研究关注的焦点。许多学者对石灰稳定土的强度展开研究，发现石灰能够明显提高土体的短期强度。然而，实际工程中因石灰土长期经受大气的干湿或（和）冻融循环作用，其长期力学性能难以保证，故提出石灰稳定土耐久性的增效方法具有重要意义。 红黏土是一类典型的特殊性土，其主要黏土矿物是高岭土。为便于分析，利用商业高岭土取代红黏土。根据偏高岭土高活性、无污染的特点，将石灰同时掺入到高岭土和偏高岭土中，研究其击实阶段和养护阶段的力学特性，从微观结构角度解释宏观力学性能变化规律，对偏高岭土提升石灰稳定土耐久性的机理进行讨论。主要研究内容与结论如下： 1）开展了偏高岭土和石灰稳定偏高岭土的标准击实试验，发现偏高岭土的击实曲线呈哑铃型，而掺入5%石灰的偏高岭土击实曲线呈S型，石灰水化后起到润滑作用使稳定偏高岭土最大干密度高于偏高岭土。 2）利用压汞孔隙分析仪，获得了石灰稳定偏高岭土前、后，其静力压实状态下的孔隙分布特征。结果表明，石灰稳定偏高岭土前后，处于“干侧”和“湿侧”的试样都呈单峰孔隙分布，而一般黏性土则在干侧会出现双峰孔隙分布。说明高温处理后偏高岭土呈现分散的片层结构，且分布均匀；且含水量偏低时，不能促使偏高岭土颗粒形成集聚体。 3）制作不同初始含水量和干密度的静力压实试样，利用弯曲元和露点水势仪，探索击实阶段石灰稳定偏高岭土的刚度和吸力变化规律。研究发现，小应变剪切模量主要由颗粒间的接触数量决定，而吸力对其影响较小。试样吸力变化与其含水量和孔隙分布紧密相关：当含水量和干密度同时增大时，因试样孔径减小，吸力的减小速率较小；当含水量增大而干密度减小时，因试样孔径增大，吸力的减少速率增大。 探究其宏观力学特性随养护周期的演变规律。结果显示，养护周期内，高岭土和偏高岭土的刚度由土骨架产生，故保持不变；石灰稳定偏高岭土和石灰稳定高岭土因火山灰反应，刚度大幅增加，前者的刚度提高 360%，后者刚度提高 220%。偏高岭土中无定性硅、铝氧化物含量高，硅-氧（Si-O）基团活性更高；而且，铝-氧（Al-O）基团六个配位键减少为四个配位键，更易溶于氢氧化钙溶液中，故表现出更强的火山灰活性。 4）开展不同养护期试样的吸力和含水量变化规律研究。发现整个养护周期内，试样的含水量基本保持不变；石灰稳定土消耗含水量的现象出现在养护初期，说明试样压实完成后石灰水化立即发生。石灰水化后，石灰稳定高岭土消耗水分2%，由初始含水量40%降至38%；石灰稳定偏高岭土约消耗水分5%，养护期间保持35%不变。虽含水量维持不变，但试样吸力却有所下降：石灰稳定高岭土吸力从485kPa下降至400kPa；石灰稳定偏高岭土试样吸力值由580kPa增至810kPa，然后再减小到410kPa。 5）选取不同养护期的石灰稳定土试样，开展压汞孔隙分析和扫描电镜试验，发现未经过石灰稳定的试样孔隙分布几乎不受龄期影响；因火山灰反应生成的胶结质内孔径小于压汞孔隙分析仪可测孔径范围，故石灰稳定土的累计孔隙体积未能真实反映。

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