一种粉煤灰改良膨胀土的方法与流程

本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种粉煤灰改良膨胀土的方法。

背景技术：

膨胀土是在自然地质过程中形成的一种多裂隙并有显著胀缩性的地质体。膨胀土在我国分布广泛，其粘土成分主要以强亲水性矿物蒙脱石与伊利石组成。膨胀土吸水膨胀、失水收缩并反复变形的性质及其内部杂乱分布的裂隙，对工程建筑物尤其是对轻型建筑、路基、路堑边坡等有严重的破坏作用，对建筑物所产生的变形破坏作用有长期潜在的危险。过量变形是由于含水量变化使膨胀土地基土体体积发生变化，对其上的构造物造成危害；对边坡的破坏作用主要是由于水分侵入风化带内发育的裂隙中，使粘土颗粒间联结力削弱并吸水膨胀，其产生的横向膨胀应变能使土体沿滑面向坡脚产生位移，使膨胀土开裂、崩解，强度衰减，继而产生滑坡。所以这种危险隐患的罪魁祸首就是粘土矿物质的强亲水性，在降雨影响下，土体发生干湿循环，胀缩变形，裂隙不断扩展，导致建筑物破坏。如何治理膨胀土的这种危害特性，改善膨胀土性能，确保工程安全与质量，是广大科研人员与技术人员需要迫切解决的问题。

对于膨胀土路基工程，最初治理膨胀土的方法是换填土。换填土是膨胀土路基处理中最简单而且有效的方法，换填土方法虽然行之有效，但会造成极大的浪费以及对环境造成污染，在人类居住环境逐渐恶化的今天，这种方法是不足取的。二是包裹法。膨胀土地膨胀是有一定条件的，在其含水量一定的情况下，它并不会随意膨胀。因此，可利用土工布或粘性土将膨胀土进行包裹，避免膨胀土与外界大气直接接触，尽量减少膨胀土内部的含水量变化。此方法处理成本不高，经济性较好。但问题没有从根本上解决.且不易把握，容易出现质量隐患。三是改性处理。其原理是通过与膨胀土进行物理和化学反应，以达到降低膨胀土的膨胀潜势，增加强度和提高水稳定性，改善膨胀土的力学性能的目的。在视质量为生命的今天，这种方法应为膨胀土处理方法的主流，值得提倡。常用的是石灰等固化材料对膨胀土进行改性。但采用石灰等改性，一方面影响环境、污染地下水，另一方面石灰改性存在时间效应问题，长期条件下改性不够稳定。

因此，需要发明一种化学改良的方法，改变膨胀土矿物的强亲水性，且又能提高其物理力学性能，从根本上解决膨胀土工程问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种改变膨胀土矿物的强亲水性，且又能提高其物理力学性能，从根本上解决膨胀土工程问题的粉煤灰改良膨胀土的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种粉煤灰改良膨胀土的方法，在膨胀土中加入粉煤灰。

进一步的，所述的粉煤灰改良膨胀土的方法，包括以下步骤：

a）将膨胀土粉碎过筛，粉煤灰过筛备用；

b）向膨胀土内加入膨胀土质量的10%至22%的粉煤灰混合；

c）向膨胀土与粉煤灰的混合物中加入水，按含水量21%混合均匀。

进一步的，所述膨胀土中加入的粉煤灰的质量是膨胀土质量的20%。

进一步的，所述的膨胀土取自平顶山襄城县湛北乡姜店社区，位于襄城县湛北乡姜店村西约500米，李成功村北侧，s329省道南侧。

本发明的技术方案有以下积极效果：粉煤灰是一种有效改良膨胀土的添加剂,在膨胀土中掺入粉煤灰,存在离子交换作用与硬凝反应,可降低膨胀土的胀缩效应，粉煤灰与膨胀土混合后,在一定含水量条件下能与土体相互作用,产生离子交换作用(粉煤灰中高价阳离子置换出膨胀土中的低价阳离子),可有效降低膨胀土的塑性指数、活性指数以及胀缩性等,并导致土中细粒成分的团聚形成相对粗粒成分。粉煤灰中可用于离子交换作用的高价离子,如ca2+,al3+和fe3+等,可促使粘土颗粒的絮凝。粉煤灰中含有一定量的无定形的sio2和al2o3,使粉煤灰与土作用时能产生硬凝反应。膨胀土中掺入粉煤灰并不能立即发生硬凝反应,需要有一段养护时间才能发生并逐步发展起来。由于硬凝反应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶体,可以有效提高膨胀土的强度并抑制膨胀土的体积变形。粉煤灰与膨胀土间的离子交换作用与硬凝反应导致膨胀土胀缩效应的降低与强度的提高。

附图说明

图1为实施例收缩试验含水量（%）—时间（h）曲线图。

图2为实施例收缩试验线缩率（%）—含水量（%）曲线图。

图3为实施例收缩试验线缩率（%）—含水量（%）曲线图。

图4为实施例膨胀试验膨胀率（%）—粉煤灰掺量（%）曲线图。

图5为实施例膨胀试验膨胀率（%）—粉煤灰掺量（%）曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，以下实施例用来更加清楚地描述本发明的保护范围，而不能因此来限定本发明的保护范围。

本实施例中使用膨胀土，取自平顶山襄城县湛北乡姜店社区，位于襄城县湛北乡姜店村西约500米，李成功村北侧，s329省道南侧，灰绿(棕黄)色或棕红色粘土，结构致密,硬塑坚硬。

将膨胀土样碎样过筛，按确定参量比例添加，掺量为粉煤灰质量/风干土质量，制备粉煤灰掺量为0%；10%；14%；18%；22%的试样，制作含水量为21%附近，加水静置到均匀，然后再精确测试土样的含水量，参量各种参量的试样按轻型击实标准进行击实成型，然后进行各种指标的试验。

测得含粉煤灰0%试样,干密度为1.64g/cm3；含粉煤灰10%试样，干密度为1.683g/cm3；含粉煤灰14%试样，干密度为1.62g/cm3；含粉煤灰18%试样，干密度为1.55g/cm3；含粉煤灰22%试样，干密度为1.58g/cm3。

a）收缩试验

含水量（%）—时间（h）曲线如图1所示，由图可以看出，收缩过程在含水量减少的过程中，含粉煤灰的土样水分降的较快。随着粉煤灰含量的增加，单位时间含水量变化趋于稳定。

收缩试验线缩率（%）—含水量（%）曲线如图2所示，由图可以看出，随着粉煤灰含量的增加土样线缩率减小的趋势。

收缩试验线缩率（%）—含水量（%）曲线的拟和如图3所示，其中

不含粉煤灰土样,曲线的拟和为：y=-0.4827x+9.9574,收缩系数为0.4827；

含粉煤灰10%土样，曲线的拟和为：y=-0.4068x+8.241,收缩系数为0.4068；

含粉煤灰14%土样曲线的拟和为：y=-0.4422x+9.0314,收缩系数为0.4422；

含粉煤灰18%土样曲线的拟和为：y=-0.3622x+7.7166,收缩系数为0.3622；

含粉煤灰22%土样曲线的拟和为：y=-0.204x+4.1653,收缩系数为0.204。

土体收缩系数，与土质和干密度共同影响，在相同密度情况下，随着粉煤灰掺量的增加，收缩系数逐渐减小。

b）膨胀试验

粉煤灰掺量为0%；10%；14%；18%；22%的试样，进行无荷和25kpa的膨胀率试验，得到膨胀率（%）—粉煤灰掺量（%）曲线如图4所示，无荷和50kpa膨胀率在粉煤灰掺加量较小时，随粉煤灰掺加量的增加而减小，当掺量较大时，因为粉煤灰本身性质的原因其膨胀性有所增大。在掺量较小时，随着粉煤灰掺加量的增加,膨胀土的无荷膨胀率近似线性减小。

膨胀率（%）—粉煤灰掺量（%）曲线拟和如图5所示，无荷膨胀率随着粉煤灰掺加量的增加变化的拟和方程为：y=-0.1189x+2.9083。

c）自由膨胀率、液塑限试验

分别对粉煤灰掺量为0%；10%；14%；18%；22%的试样，进行自由膨胀率、液塑限试验结果如表（1）所示：

可以看出，在粉煤灰掺量比较小时，随着粉煤灰掺量的增加，自由膨胀率、液限降低，与膨胀率的试验结果类同，当粉煤灰含量较大时，自由膨胀率、液限较前者有所增加，最佳掺量取20%。

综上所述，通过对粉煤灰掺量为0%；10%；14%；18%；22%的试样的试验分析，可知，收缩过程在含水量减少的过程中，含粉煤灰的土样水分降的较快；随着粉煤灰掺量的增加，收缩系数逐渐减小；在粉煤灰掺量比较小时，随着粉煤灰掺量的增加，自由膨胀率、液限降低，与膨胀率降低，当粉煤灰含量较大时，自由膨胀率、液限较前者有所增加，最佳掺量取20%。