侯 靜

（黑龍江省公路工程監(jiān)理咨詢公司）

0 前言

石灰土作為道路的底基層和墊層從20世紀(jì)70年代起在北方地區(qū)得到廣泛應(yīng)用,它具有較好的板體性、力學(xué)強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和一定程度的抗凍性,解決了北方不良地質(zhì)條件地區(qū)由于混合石作為基層墊層而帶來的道路翻漿問題。然而,由于近年來有些道路在施工中石灰土層的施工質(zhì)量沒有足夠的重視,致使石灰土層強(qiáng)度形成不足、水穩(wěn)定性差,導(dǎo)致道路在使用早期發(fā)生破壞,由此我們有必要分析一下施工質(zhì)量與石灰土強(qiáng)度關(guān)系。

1 石灰土強(qiáng)度形成過程

石灰土強(qiáng)度和穩(wěn)定性是由于其自身產(chǎn)生的一系列化學(xué)、物理化學(xué)和物理學(xué)變化所形成的,影響石灰土強(qiáng)度和穩(wěn)定性有其內(nèi)因和外因兩個(gè)方面,內(nèi)因有土質(zhì)灰質(zhì)、石灰劑量、碾壓含水量和密實(shí)度,外因有溫度、濕度和時(shí)間。

一般認(rèn)為,石灰土強(qiáng)度主要由離子交換、氫氧化鈣遇水自行結(jié)晶和炭化作用形成。離子交換作用和氫氧化鈣自行結(jié)晶為石灰土強(qiáng)度早期形成的因素,而炭化作用則在后期作用明顯。

2 施工質(zhì)量對(duì)石灰土強(qiáng)度形成的影響

石灰土的施工要做到原材料合格、配灰準(zhǔn)確、拌和均勻,掌握好最佳含水量,碾壓密實(shí),加強(qiáng)初期養(yǎng)護(hù)。

2.1 原材料的影響

石灰、土、水的質(zhì)量決定了石灰土的品質(zhì),優(yōu)質(zhì)的石灰、土、水及準(zhǔn)確的配料是石灰土結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度形成的必要條件之一。

石灰：生石灰的主要成份是CaO與MgO,當(dāng)MgO的含量大于5％時(shí)稱為鎂質(zhì)灰,小于5％時(shí)稱為鈣質(zhì)灰,根據(jù)CaO和MgO含量等指標(biāo)劃分為優(yōu)等、一等和合格品三個(gè)等級(jí),道路用石灰不宜低于合格品。只有保證石灰中的CaO和MgO的含量才能保證石灰土進(jìn)行充分的離子交換、炭化作用和結(jié)晶作用,并且應(yīng)盡量縮短石灰的存放時(shí)間。

土：一般土類均可配制石灰土,但優(yōu)先選用塑性指數(shù)為12～20的粘性土。比表面積大的粘土更易與石灰發(fā)生作用,形成強(qiáng)度。

水：應(yīng)盡量選擇干凈的可供飲用的水。

2.2 石灰劑量的影響

石灰的劑量對(duì)石灰的強(qiáng)度影響顯著,當(dāng)石灰的劑量低于3％～4％時(shí),石灰主要起穩(wěn)定作用,隨著石灰劑量的增加強(qiáng)度明顯提高,石灰劑量過大反而會(huì)導(dǎo)致石灰土強(qiáng)度下降并使造價(jià)提高。

2.3 石灰土的拌和對(duì)石灰土強(qiáng)度的影響

石灰土強(qiáng)度形成主要靠離子交換、Ca（OH）2自行結(jié)晶和炭化作用。離子交換作用原理是粘土顆粒呈陰極,把土溶液中的K+、Na+等陽離子吸引到粘土顆粒表面的薄膜水中,當(dāng)石灰加入后,在溶液中離解出來的Ca2+離子與粘土表面的K+、Na+離子進(jìn)行交換,呈負(fù)極的土顆粒直接吸附溶液中的Ca2+離子,離子交換及土粒吸附鈣離子后,使土粒表面的薄膜水水膜變薄,土顆粒之間的分子吸引力加大,土的水穩(wěn)定性得到提高,土粒間的結(jié)構(gòu)緊密,強(qiáng)度提高。只有將土粒與石灰充分?jǐn)嚢杈鶆?增加土顆粒與石灰顆粒的接觸面積,才能更有利于這種離子交換,反之,這種離子交換則不能充分的進(jìn)行,作為整體的石灰土層也會(huì)由于存在著沒有進(jìn)行離子交換的原狀土團(tuán)粒和石灰團(tuán)粒而出現(xiàn)薄弱端面,使石灰土層局部失去板體性能,從而導(dǎo)致道路發(fā)生破壞。某城市某道路在1994年由16m擴(kuò)建為32m,底基層為石灰土結(jié)構(gòu)。在石灰土施工時(shí),施工單位沒有路拌機(jī),用推土機(jī)對(duì)石灰土進(jìn)行攪拌。由于工期緊張,石灰土攪拌后沒有過篩便進(jìn)行了攤鋪碾壓。1997年該路段有2 000m2發(fā)生破壞,1998年城建部門對(duì)此進(jìn)行了翻建。挖除舊路時(shí)發(fā)現(xiàn),石灰土層強(qiáng)度極為不均,在土團(tuán)集中處石灰土層斷裂,已無板體性。正是由于石灰土板體性的喪失導(dǎo)致道路使用3年便發(fā)生破壞。

2.4 石灰土碾壓時(shí)的含水量對(duì)強(qiáng)度形成的影響

石灰土強(qiáng)度的形成與石灰土的含水量有著重要的關(guān)系,離子交換需要石灰土保持一定的含水量,Ca（OH）2自行結(jié)晶的生成物為晶體Ca（OH）2nH2O即Ca（OH）2+nH2O=Ca（OH）2nH2O結(jié)晶作用使得Ca（OH）2nH2O相互之間與土顆粒之間形成晶格,使石灰土強(qiáng)度及水穩(wěn)定性得到提高。沒有水的作用Ca（OH）2自行結(jié)晶不能完成,同時(shí)為了使石灰土成型密實(shí),達(dá)到最大密實(shí)度,必須掌握好碾壓時(shí)的含水量,含水量過低時(shí)不但會(huì)導(dǎo)致石灰土松散發(fā)裂,而且由于石灰土在碾壓時(shí)土顆粒與石灰顆粒形成嵌擠結(jié)構(gòu),具有一定的密實(shí)度,即使養(yǎng)生撒水也只能濕潤石灰表面,缺水的表層以下的石灰土則由于含水量不足不能充分進(jìn)行離子交換和Ca（OH）2結(jié)晶作用,導(dǎo)致石灰土無法形成強(qiáng)度。某城市某道路于1990年修建,石灰土層在施工時(shí)攪拌均勻,有效鈣鎂含量測(cè)定滿足設(shè)計(jì)要求,在攤鋪前過了篩,保證了石灰土的土顆粒與石灰顆粒的接觸面積。但由于施工現(xiàn)場附近無水源,石灰土含水量過低,施工碾壓時(shí)只對(duì)石灰土表面灑水。該路段建成通車后兩年便開始發(fā)現(xiàn)破壞現(xiàn)象。1994年在翻建補(bǔ)強(qiáng)時(shí)發(fā)現(xiàn),破壞路段的石灰土幾乎為一層松散層,沒有形成板體性。也正是由于這一層松散層的存在,大大地降低了道路的使用年限。反之,含水量過大時(shí),待水分蒸發(fā)后易干裂,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)翻漿。不同土質(zhì)的石灰土其最佳含水量有所差異,需通過標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)實(shí)驗(yàn),求得所施工石灰土的最佳含水量,施工中的實(shí)際含水量以最佳含水量為標(biāo)準(zhǔn),上下波動(dòng)不應(yīng)超過1％。

2.5 碾壓質(zhì)量對(duì)石灰土強(qiáng)度的影響

碾壓應(yīng)達(dá)到密實(shí)度設(shè)計(jì)要求,同時(shí)石灰土的強(qiáng)度隨密實(shí)度的增長而明顯增長,且抗凍性、水穩(wěn)定性、抗縮裂性都有提高,此外碾壓應(yīng)達(dá)到無明顯輪跡。

2.6 養(yǎng)生的濕度和溫度對(duì)石灰土強(qiáng)度形成的影響

石灰土成型后必須進(jìn)行潮濕養(yǎng)生,以防止表層干燥松散和強(qiáng)度受到損失,保證離子交換、炭化作用和結(jié)晶作用的進(jìn)行,使石灰土獲得較高的早期強(qiáng)度。

一般認(rèn)為,溫度越高石灰土各種礦物質(zhì)的活性增大的越大,離子交換、結(jié)晶作用都在加速,其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性增長的越快。石灰土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是隨著時(shí)間而增長,且前期增長較快,3個(gè)月齡期的石灰土強(qiáng)度已能達(dá)到50％左右,后期強(qiáng)度增長較慢。氣溫出現(xiàn)負(fù)溫后,石灰土強(qiáng)度有所損失,氣溫恢復(fù)正常后強(qiáng)度還會(huì)繼續(xù)形成,但增長的速度較慢,所以在北方地區(qū)最佳施工期為5月至7月。長春市斯大林大街（后改稱人民大街）人民廣場至解放廣場段,于1993年翻建施工。石灰土層施工時(shí)做到了在最佳攪拌、最佳含水量、最佳施工期（6月）施工,道路建成后質(zhì)量相當(dāng)好,在1995年全國市政工程檢驗(yàn)評(píng)比中獲優(yōu)質(zhì)獎(jiǎng),道路使用至今無破壞現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

石灰土強(qiáng)度形成與石灰土的施工質(zhì)量有著密不可分的關(guān)系,充分地認(rèn)識(shí)這種關(guān)系有利于我們合理安排石灰土的施工期,抓住關(guān)鍵工序,解決關(guān)鍵問題,保證石灰土具有良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性及整體性,提高道路的服務(wù)年限。