一種抑制膨脹土脹縮性的方法

2023-05-20 19:43:01

專利名稱：一種抑制膨脹土脹縮性的方法
技術領域：
本發明涉及土力學與地基基礎工程中一種抑制膨脹土脹縮性的方法。
背景技術：
膨脹土含有較多粘土礦物，因親水性較強的粘土礦物對水的敏感性，使膨脹土具有吸水膨脹，失水收縮，再吸水再膨脹這種反覆脹縮的特性，並且在吸水膨脹後強度下降幅度較大，對工程構成很大的危害。膨脹土地區的地基、邊坡，以及作為建築材料的膨脹土， 長期暴露在大氣環境中，其表面以下一定深度的土體受到大氣降水、蒸發以及溫度變化的強烈影響，如何防止其反覆脹縮性和強度衰減對工程造成的危害是膨脹土地區工程建設所面臨的主要難題之一。針對膨脹土脹縮機理，目前國內外為抑制或減少膨脹土的脹縮性所採取的措施主要有兩種(1)封閉法，保持其含水率儘量不發生變化，即通過覆蓋、包封等方法使膨脹土的含水率維持不變，從而達到其體積不發生變化的目的；(2)改性法，即通過向膨脹土中添加各種能夠降低其脹縮性的材料，使其土性發生變化而滿足工程要求，改性方法從原理上分，主要有物理法、化學法、綜合法三種，三種方法中化學改性法應用較廣，其中採用石灰對膨脹土進行化學改性所佔比例最大。上述兩種方法目前在工程應用中還存在一些問題(1)封閉法的封閉效果難以保證，特別是對面積或體積比較大的地基基礎或土工構築物的封閉施工比較困難，很難防止膨脹土水分發生變化。(2)改性法都是採用拌和的方法，即將一定劑量的改性材料與膨脹土料用人工或機械進行拌和，儘量使改性材料與膨脹土拌和均勻，但是，由於一般膨脹土的天然含水率都比較高，土團不易分散，使得改性材料很難與膨脹土均勻拌和，特別是採用化學改性材料時，大部分改性材料都是附著在土團的表面，改性的作用很有限；而對於需要防護的膨脹土邊坡來說，如果採用目前的常規改性方法，必然要對邊坡坡面上一定深度的膨脹土產生較大的擾動，其結果是改性材料與膨脹土難以均勻拌合，而且拌合後的混合料在坡面上壓實也比較困難。而且這兩種方法對土體擾動大、施工工序複雜、費工費時，還存在施工質量不易得到保證，難以達到預期效果，採取後續補救措施也比較困難的問題。

發明內容
本發明的目的是為解決目前抑制或減少膨脹土的脹縮性所採取的措對土體擾動大、施工工序複雜、費工費時，施工質量不易得到保證，使預期效果難以達到，採取後續補救措施困難的問題，本發明提供一種抑制膨脹土脹縮性的方法，採用非擾動的方法，利用石灰的化學性質和膨脹土中粘土礦物作用的物理化學機理，在儘量減少對土體擾動的情況下抑制膨脹土脹縮性，而且施工工序簡單，採取後續修復補救措施也比較容易實施。本發明採用的技術方案包括如下方法步驟
1.石灰粉混合料由礫石或碎石和石灰粉混合而成，首先準備粒徑在5-60mm的礫石或碎石和石灰粉，石灰粉可用生石灰或消石灰，根據礫石或碎石的的堆積密度計算其孔隙率， 再根據石灰粉的堆積密度計算填充礫石或碎石孔隙的體積，然後將礫石或碎石和石灰粉按照體積比等於礫石或碎石的堆積體積與礫石或碎石的孔隙體積的比例拌合成石灰粉混合料，這樣就可以保證礫石或碎石顆粒在石灰粉混合料中能夠形成相互接觸的骨架，而石灰則填充在礫石或碎石的孔隙中；
2.根據需要抑制發生脹縮變形的膨脹土情況，確定需要的石灰量，再根據石灰的量反算所需的礫石或碎石的量，拌合成石灰粉混合料，將石灰粉混合料在需要防護的膨脹土土體上分層壓實；
3.石灰粉混合料壓實覆蓋好之後，再根據工程實際情況和要求，在石灰粉混合料的上部再鋪設覆蓋材料，以保證石灰粉混合料能夠密實成型，使其功效能夠正常發揮。本發明的優點是
本發明採用石灰粉混合料作為抑制膨脹土發生脹縮的材料，是在需要抑制其脹縮性的膨脹土表面進行施工，施工便利，施工工藝簡單，質量易於保證，而且採取後續修復補救措施也比較容易實施；
採用這種結構形式，可以很容易達到抑制膨脹土的脹縮性的目的。當大氣降水或覆蓋材料外部水分要由外表面進入膨脹土內部時，首先要經過礫石或碎石和石灰粉混合料，這樣進入的水分首先會與石灰接觸，就變成了石灰水，石灰對粘性土的膨脹抑制作用就隨之實現。石灰粉混合料的自身強度比較高，不會在其上部再鋪設覆蓋材料和膨脹土之間形成軟弱夾層，並可以減少水對被保護膨脹土的衝刷，而且可以起到很好的墊層作用。


圖1是本發明的示意圖。如圖所示膨脹土 1、石灰粉混合料2、覆蓋材料3。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的示意圖，採用石灰粉混合料2作為抑制膨脹土 1脹縮變形的材料，石灰粉混合料2由礫石或碎石和石灰粉混合而成，在石灰粉混合料2的上部再根據實際工程的具體情況和要求鋪設覆蓋材料3，以保證礫石或碎石和石灰粉混合料能夠成型，使其功效能夠正常發揮。在地基、邊坡或作為建築材料的膨脹土 1施工準備就緒之後，在膨脹土 1上分層填築石灰粉混合料2，並用合適的壓實機具將其壓實，然後在上面鋪設覆蓋材料3用於保持石灰粉混合料2的成型。當水透過覆蓋材料3進入石灰粉混合料2中後，如果石灰粉混合料2中的石灰採用生石灰粉時，石灰遇水後首先與水反應產生Ca(OH)2,多餘的水則與溶解的Ca(OH)2形成 Ca(OH)2的溶液；如果石灰粉混合料2中的石灰採用消石灰粉時，石灰遇水後形成Ca(OH)2 的溶液；進入礫石或碎石和石灰粉混合料2中的水再繼續增加，超過石灰砂礫混合料的容納能力，則Ca(OH)2的溶液開始向下部的膨脹土中流動，Ca(OH)2與膨脹土中的黏土礦物的反應，主要物理化學反應有離子交換反應、火山灰反應以及碳酸化反應。這些物理化學反應使土粒間斥力減小，促使土粒凝聚結團，形成團粒結構，生成水硬性水化物結晶體，與土粒交織在一起形成骨架，使土體強度和剛度增大，而Ca (OH) 2與水和空氣中的CaO發生反應，生成強度較高的CaCO3，使土體的骨架強度增大。這樣，石灰對膨脹土的改性就隨Ca (OH)2的溶液的入滲而方便地實現，從而可以有效地抑制膨脹土的脹縮性。
權利要求
1. 一種抑制膨脹土脹縮性的方法，其特徵在於它包括如下方法步驟a.石灰粉混合料(2)由礫石或碎石和石灰粉混合而成，首先準備粒徑在5-60mm的礫石或碎石和石灰粉，石灰粉可用生石灰粉或消石灰粉，根據礫石或碎石的的堆積密度計算其孔隙率，再根據石灰粉的堆積密度計算填充礫石或碎石孔隙的體積，然後將礫石或碎石和石灰粉按照體積比等於礫石或碎石的堆積體積與礫石或碎石的孔隙體積的比例拌合成石灰粉混合料(2)，這樣就可以保證礫石或碎石顆粒在石灰粉混合料(2)中能夠形成相互接觸的骨架，而石灰則填充在礫石或碎石的孔隙中；b.根據需要抑制發生脹縮變形膨脹土(1)的情況，確定需要的石灰量，再根據石灰的量反算所需的礫石或碎石的量，拌合成石灰粉混合料(2)，將石灰粉混合料(2)在需要防護的膨脹土( 1)土體上分層壓實；c.石灰粉混合料(2)覆蓋壓實好之後，再根據工程實際情況和要求，在石灰粉混合料 (2)的上部再鋪設覆蓋材料(3)，以保證石灰粉混合料(2)能夠密實成型，使其功效能正常發揮。
全文摘要
一種抑制膨脹土脹縮性的方法，採用非擾動的方法，利用石灰的化學性質和膨脹土中粘土礦物作用的物理化學機理，採用礫石或碎石和石灰粉混合料作為抑制膨脹土脹縮變形的材料，在礫石或碎石和石灰粉混合料的上部再根據實際工程的具體情況鋪設覆蓋材料，以保證礫石或碎石和石灰粉混合料能夠成型，使其功效正常發揮。該方法能夠在儘量減少對土體結構擾動的情況下抑制膨脹土脹縮性，而且施工工序簡單，採取後續修復補救措施也比較容易實施。
文檔編號E02D3/12GK102182175SQ20111008351
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者劉學東, 劉宇, 周恆 , 孔令偉, 孫志亮, 曹豪榮, 朱明輝, 郭愛國, 金英偉 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所