对石灰土灰剂量\干密度随龄期变化的思考

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摘要：弱膨胀土掺灰处理后，石灰中的钙离子同粘土矿物吸附的Na+、K+、H+等发生离子交换，Ca(OH)2结晶，使得游离的钙离子浓度降低，随着龄期增长，这种反应趋于完善。而用EDTA二钠溶液滴定法进行灰剂量测定，即游离的钙离子消耗EDTA二钠溶液的量对应的标准曲线的值为灰剂量的大小，随着龄期增长，由于钙离子发生了离子交换，Ca(OH)2结晶，浓度已降低，所以测得的灰剂量也会随之减小，这种现象称之为“灰剂量的衰减”。同时，随着龄期的变化，石灰土的干密度也会发生变化。本文对施工过程中对灰剂量、压实度的检测给出了一些建议，望有利于指导施工和检测。

关键词：石灰土；灰剂量衰减；干密度；龄期

中图分类号： S155.2+91 文献标识码： A

前言

S245省道D3合同段：K119+200～K128+100，全长8.9km,工程内容包括：路基、路面底基层、基层及桥涵等组成，其中路基沿线取土场土质均为弱膨胀土，天然含水量为25%左右，CBR值2%～5%，不符合路基填料要求。依设计对土进行掺石灰处理，下路堤为5%灰土，上路堤6%灰土，路床7%灰土，底基层12%灰土。在施工底基层过程中，监督单位在底基层施工结束十多天后对某段底基层验收发现，12%灰土测得灰剂量大部分在7%～9%，压实度强度偏高，怀疑掺灰量不足，要求返工处理。结果造成了人力、物力及工期的极大损失，也大大的削减了施工方的积极性。基于对施工方检测数据与监督单位检测数据的巨大差异，我试验室进行了大量试验，仔细分析，其原因主要是由于随龄期增长，灰剂量衰减、石灰土干密度增大引起的。

1、灰剂量衰减

首先了解一下石灰稳定土的机理。石灰与土拌和后立即发生一系列物理化学反应。生石灰的有效成分为氧化钙和氧化镁，对于钙质生石灰来说，有效氧化镁含量不超过5%，在此主要讨论有效氧化钙发生的反应:

CaO+H2O=Ca（OH）2（消化过程）；

Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O（碳化过程，）；

Ca（OH）2+n H2OCa（OH）2· n H2O(结晶过程)

石灰与土混合后,石灰中的钙离子与土中低价离子发生交换,生成了稳定的钙结核,土壤组织发生了变化,产生了大量的凝絮,与土粒结合起来形成共晶体,把土粒胶结成整体,因而石灰土的稳定性得到了提高。

上述反应的结果是游离的钙离子减少，而检测时是用EDTA二钠标准溶液对石灰土进行滴定，其中原理是EDTA二钠标准溶液与灰土中的游离钙离子进行化学反应生成络合物，根据所消耗的EDTA二纳的量来得出有效石灰的含量，随着龄期的增长，游离的钙离子越少，所消耗的EDTA二纳的量也会越少，即所测灰剂量也会越小，这种现象称之为“灰剂量的衰减”。

《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的EDTA滴定法中是假设灰土中有效氧化钙、氧化镁含量不变，灰剂量检测工作在路拌后尽快完成，但实际情况中石灰只要与土一接触就会发生上述一系列反应，在掺灰后短时间内上述反应相对缓慢，为施工控制检测提供了有效途径，但掺灰后时间过长监督方再进行检测，事必会测得的灰剂量偏小，即为产生了“灰剂量衰减”后的检测。即使在施工过程中掺加的石灰量达到设计要求，随龄期的增长，EDTA滴定法测得的灰剂量也会变化，并呈递减趋势。

下面是S245省道D3标1#、4#取土场灰剂量分别为5%、6%、7%、12%情况下不同龄期消耗EDTA二纳标准溶液量及不同龄期的衰减率的数据。

1#取土场土质为粉土，灰剂量分别为5%、6%、7%、12%不同龄期的EDTA二纳标准溶液消耗量及衰减率的数据：见表1、图1

不同龄期EDTA二纳标准溶液消耗量及衰减率的数据表-1

不同龄期的EDTA二纳标准溶液消耗量曲线图-1

4#取土场土质为黏土，灰剂量分别为5%、6%、7%、12%不同龄期的EDTA二纳标准溶液消耗量及衰减率的数据：见表2、图2

不同龄期的EDTA二纳标准溶液消耗量及衰减率的数据表-2

不同龄期的EDTA二纳标准溶液消耗量曲线图-2

经过多组试验，从上面的图表中可以看出，石灰土存在着衰减现象，不同的灰剂量衰减速度不同，且灰剂量越大衰减速率越快，同时，不同的土质衰减速率也不相同，黏土相对粉土衰减较缓。

2、干密度随龄期的变化

压实度是路基路面施工质量检测的关键指标之一，所谓压实度是指土或其它填路材料压实后的干密度与标准最大干密度之比，以百分率表示。 最大干密度由试验室标准击实试验得来，干密度是指填料经压实后所测得的单位体积的质量。石灰土压实后，随着龄期的增长，不断的发生着离子交换，碳化反应，结晶作用等，石灰土结构发生了明显的变化，强度不断提高，土颗粒渐渐成为颗粒较大的集体，密度也随之发生了变化。下面我们通过试验来分析一下石灰土干密度随龄期的变化情况。

5%灰土在压实度分别为93%，94%，96%条件下干密度随龄期不同的试验数据：见表3、图3

5%灰土干密度随龄期变化数据表-3

5%灰土干密度随龄期变化图-3

7%灰土在压实度分别为93%，94%，96%条件下干密度随龄期不同的试验数据：见表4、图4

7%灰土干密度随龄期变化数据表-4

7%灰土干密度随龄期变化图-4

从上图表中可以看出，干密度随着龄期的增长而增大；从增长率来看，压实度越高，干密度增长越快；灰剂量大者，干密度增长率相对较快。

3、结论及建议

1）在石灰土施工过程中，存在着“灰剂量衰减”现象，所以拌好灰后应及时检测石灰剂量，尽量减少灰剂量衰减引起检测难度，同时做好石灰剂量随时间衰减曲线，不同的土质灰剂量衰减也不相同，不同土质应分别做标准曲线及灰剂量衰减曲线，以保证灰剂量的准确性及真实性 。

2）灰剂量满足设计要求后进行碾压，碾压完毕后及时进行压实度检测，避免石灰土干密度随龄期增长而增大，造成压实度检测结果较实际偏大的假象，同时也避免实际压实度达不到要求，过一段时间检测，数据却显示合格，从而对路面质量形成隐患。

3）通过对灰剂量、压实度检测过程中存在的一些现象给出上述建议，望对以后的石灰土施工控制有所帮助。