本發(fā)明屬于土地或巖石的改良領(lǐng)域，具體涉及一種降低膨脹土的脹縮特性的方法。

背景技術(shù)：

膨脹土吸水膨脹產(chǎn)生膨脹壓力，失水收縮開裂產(chǎn)生裂縫，反復(fù)脹縮變形以及因此引發(fā)的強(qiáng)度衰減對(duì)工程產(chǎn)生長(zhǎng)期的、潛在的、反復(fù)的危害，使得膨脹土工程地基處理問(wèn)題一直是工程地質(zhì)研究領(lǐng)域中的重要課題之一。中國(guó)在西部擬建的21000km的公路中有近3300km路段穿越膨脹土分布區(qū)，即我國(guó)高速公路尤其在西部高速公路建設(shè)中會(huì)遇到大量的膨脹土問(wèn)題，要是公路路基達(dá)到施工要求，就必須對(duì)膨脹土進(jìn)行處理，降低膨脹土的脹縮特性。

處理膨脹土一般有置換和向土中添加改性劑進(jìn)行改性處理兩種方式，工程量較小的時(shí)候可以采取置換的方法，但是對(duì)于公路路基這種延伸較長(zhǎng)，工程量較大的工程，采用添加改性劑的方法則更為經(jīng)濟(jì)適用。改性材料多采用水泥、石灰等工業(yè)建筑材料，對(duì)工業(yè)廢棄物也是采用添加單一的材料，比如單純添加粉煤灰或者單純添加水泥窯灰。水泥窯灰(ckd)是水泥生產(chǎn)過(guò)程中除co2以外對(duì)環(huán)境影響最大的副產(chǎn)品，粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰是我國(guó)當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣；若排入水系會(huì)造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)人體和生物造成危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種降低膨脹土脹縮特性的方法。本發(fā)明綜合利用水泥窯灰和粉煤灰的中的活性組分與膨脹土發(fā)生反應(yīng)，起到降低膨脹土脹縮特性的作用，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物再利用，具有降低成本、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種降低膨脹土脹縮特性的方法，具體包括以下步驟：

1）將膨脹土、水泥窯灰和粉煤灰原料烘干，并過(guò)1mm篩；

2）將步驟1）烘干、過(guò)篩后的水泥窯灰和粉煤灰按干質(zhì)量2:1的比例混合均勻；

3）將膨脹土與步驟2）得到的混合物按干質(zhì)量4:1的比例混合均勻；

4）向步驟3）得到混合物中加蒸餾水，配制成含水率為17.6%的混合物，并放入密封袋均勻濕化24小時(shí)；

5）對(duì)步驟4）得到的混合物進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，獲得干密度為1.72g/cm³的壓實(shí)樣，完成對(duì)膨脹土脹縮特性的改性處理。

所述步驟1）使用的膨脹土土為陜西漢中地區(qū)膨脹土。

所述步驟2）中的水泥窯灰和粉煤灰按干質(zhì)量2:1混合物均勻。

所述步驟3）中的膨脹土與水泥窯灰-粉煤灰混合物按干質(zhì)量4:1混合均勻。

所述步驟4）得到的含水率為17.5%，干密度為1.72g/cm³的壓實(shí)樣。

附圖說(shuō)明

圖1為膨脹儀的示意圖，圖中，1為水槽，2為護(hù)環(huán)，3為環(huán)刀，4為導(dǎo)環(huán)，5為透水板，6為加壓上蓋，7為位移計(jì)導(dǎo)桿，8為位移計(jì)架，9為試樣；

圖2為膨脹率隨時(shí)間的關(guān)系曲線；

圖3為收縮儀的示意圖，圖中，1為量表，2為支架，3為測(cè)板，4為試樣，5為多孔板，6為墊塊；

圖4為收縮率隨時(shí)間的關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但本發(fā)明不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

降低膨脹土脹縮特性的改性方法

水泥窯灰粉煤灰混合物改性膨脹土的施工方法，包括下述步驟：

1）將膨脹土、水泥窯灰、粉煤灰分別烘干，過(guò)1mm篩；

2）取烘干、過(guò)篩后的水泥窯灰200g、粉煤灰100g，混合均勻；

3）取800g烘干、過(guò)篩后的膨脹土和200g混合均勻的水泥窯灰-粉煤灰混合物，并混合均勻；

4）向混合均勻的膨脹土與水泥窯灰-粉煤灰混合物加176g蒸餾水，配成含水率17.6%的混合物并拌合均勻，放入密封袋中使水分均勻濕化24小時(shí)；

5）對(duì)均勻濕化的膨脹土-水泥窯灰-粉煤灰混合物進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)，所用錘重為2.5kg，錘底面積19.64cm²，落距為30cm，分三層擊實(shí)，每層25擊，得到干密度為1.72g/cm³的試樣，完成對(duì)膨脹土脹縮特行的改性處理。

實(shí)施例2

水泥窯灰粉煤灰混合物改性膨脹土對(duì)膨脹特性的影響

為檢驗(yàn)水泥窯灰粉煤灰混合物對(duì)膨脹土膨脹特性的改性效果，利用膨脹儀對(duì)實(shí)施例1中的純膨脹土試樣和經(jīng)水泥窯灰粉煤灰混合物改性處理后的混合土樣進(jìn)行無(wú)荷載膨脹率試驗(yàn)。膨脹儀如圖1所示，試驗(yàn)過(guò)程如下：

1）在水槽內(nèi)放置護(hù)環(huán)透水板和薄型濾紙，將帶有試樣的環(huán)刀裝入護(hù)環(huán)內(nèi)，放上導(dǎo)環(huán)，試樣上依次放上薄型濾紙、透水板和加壓上蓋，并將固結(jié)容器置于加壓框架正中，使加壓上蓋與加壓框架中心對(duì)準(zhǔn)，安裝百分表或位移傳感器；

2）施加1kpa的預(yù)壓力，使試樣與儀器上下各部件之間接觸，記錄百分表或傳感器初始讀數(shù)；

3）自下而上向容器內(nèi)注入純水，并保持水面高出試樣5mm，注水后每隔2h測(cè)記位移計(jì)讀數(shù)一次，直至兩次讀數(shù)差值不超過(guò)0.01mm時(shí)，膨脹穩(wěn)定；

4）試驗(yàn)結(jié)束后，吸去容器中的水，取出試樣，稱試樣質(zhì)量，測(cè)定其含水率和密度，并計(jì)算孔隙比；

5）用公式（?。?duì)任意時(shí)間的膨脹率進(jìn)行計(jì)算，公式（ⅰ）如下所示：

式中，δe為t時(shí)的無(wú)荷載膨脹率（%）；z0為初始位移計(jì)示數(shù)（mm）；zt為t時(shí)的位移計(jì)示數(shù)（mm）；h0為試樣的初始高度（mm）。

6）以膨脹率δe為縱坐標(biāo)，持續(xù)時(shí)間t為橫坐標(biāo)做圖，如圖2所示，圖2為膨脹率隨時(shí)間的關(guān)系曲線。

由圖2結(jié)果可以看出，經(jīng)水泥窯灰粉煤灰混合物改性處理后的膨脹土樣的膨脹率有明顯的降低，最大膨脹率的值從22.43%（未經(jīng)處理膨脹土）降低到了13.30%（水泥窯灰粉煤灰處理膨脹土），降低了40.7%。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的一種降低膨脹土脹縮特性的方法，可以顯著降低膨脹土的吸水膨脹特性。

實(shí)施例3

水泥窯灰粉煤灰混合物處理對(duì)膨脹土收縮特性的影響：

利用收縮儀對(duì)實(shí)施例1中的純膨脹土試樣和經(jīng)水泥窯灰粉煤灰混合物改性處理后的混合土樣進(jìn)行收縮試驗(yàn)。收縮儀的示意圖如圖3所示，試驗(yàn)過(guò)程如下：

1）將試樣推出環(huán)刀并置于多孔板上，稱試樣和多孔板的質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g，裝好百分表記下初始讀數(shù)；

2）在室溫25℃下進(jìn)行收縮試驗(yàn)，每隔4小時(shí)測(cè)記百分表讀數(shù)，并稱整套裝置和試樣質(zhì)量準(zhǔn)確至0.1g。2天后每隔24小時(shí)測(cè)記百分表讀數(shù)并稱質(zhì)量，至兩次百分表讀數(shù)基本不變；

3）試驗(yàn)結(jié)束取出試樣并在105℃下烘干，稱干土質(zhì)量準(zhǔn)確至0.1g；

4）用蠟封法測(cè)定烘干試樣體積；

5）用公式（ⅱ）對(duì)任意時(shí)間的含水率進(jìn)行計(jì)算，公式（ⅱ）如下所示：

式中，ωi為某時(shí)刻的含水率（%）；mi為某時(shí)刻試樣的質(zhì)量（g）；md為試樣烘干后的質(zhì)量（g）；

6）用公式（ⅲ）對(duì)線縮率進(jìn)行計(jì)算，公式（ⅲ）如下所示：

式中，δsi為試樣某時(shí)刻的線縮率（%）；z0為初始百分表示數(shù)（mm）；zt為某時(shí)刻的百分表示數(shù)（mm）；h0為試樣的初始高度（mm）。

7）用公式（ⅳ）對(duì)體縮率進(jìn)行計(jì)算，公式（ⅳ）如下所示：

式中，δv為試樣某時(shí)刻的體縮率（%）；v0為烘干前試樣體積（cm³）；vd為烘干后試樣體積（cm³）；

8）以線縮率δsi為縱坐標(biāo)，持續(xù)時(shí)間t為橫坐標(biāo)做圖，如圖4所示，圖4為收縮率隨時(shí)間的關(guān)系曲線。

由圖4結(jié)果可以看出，經(jīng)水泥窯灰粉煤灰混合物改性處理后的膨脹土樣的線縮率有明顯的降低，最終線縮率的值從8.45%（未經(jīng)處理膨脹土）降低到了4.62%（水泥窯灰粉煤灰處理膨脹土），降低了45.3%。利用式（ⅳ）計(jì)算得到純膨脹土的體縮率為δv的值為10.2%，水泥窯灰粉煤灰混合物處理膨脹土的體縮率δv的值為5.12%，降低了49.8%。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的一種降低膨脹土脹縮特性的方法，能夠顯著降低膨脹土的失水收縮特性。