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二灰稳定土路用性能及施工工艺分析

摘要

多年来，石灰、粉煤灰用作添加于天然细粒土或粘土中的稳定性材料越来越常见二灰土是用石灰和粉煤灰按一定比例与混合后的一种无机材料。

本文主要研究二灰稳定土路用性能及施工工艺。

二灰土是用石灰和粉煤灰按一定比例与混合后的一种无机材料。

近二十，特别在道路工程中的路基施工中，这主要是路基填料用量大，石灰和粉煤灰的材料来源比较广泛，而且价格低廉，施工简单，力学性能和水稳性好，成为土质改良的重要方法。

我国公路部门在许多公路建设中（特别是高等级公路）都有用二灰稳定土。

同时也应注意到由于二灰土路用性能所受因素比较多，也比较复杂。

本文具体介绍二灰稳定土的路用性能与施工工艺的具体流程。

同时研究了二灰稳定土在施工完成之后的养护问题及质量检测。

关键词　二灰稳定土；路用性能；施工工艺；质量检测与材料特性

Abstract

Overtheyears,limeandflyashusedtoaddtothenaturalfine-grainedsoilorclaymaterialinthestabilityoftheincreasinglycommonuseoflimeandashesbyacertainpercentageofflyashwithamixtureofinorganicmaterials.Thispaperstudiestwogreysoilstabilityroadperformanceandconstructiontechnology.Theashesoflimeandflyashisusedbyacertainpercentagewithamixtureofinorganicmaterials.About20,especiallyinroadworksintheconstructionofroadbed,mainlylargeamountofroadbedfill,limeandflyashacomprehensiverangeofsourcesofmaterial,butcheap,simpleconstruction,mechanicalandwaterstable,andbecomesoilImprovementoftheimportantways.China'sroadsectorinmanyhighwayconstruction（especiallyhigh-gradehighway）haveusedthegreysoilstability.Shouldalsobenotedthatduetothelime-soilroadperformancesufferedmanyfactors,butalsomorecomplicated.Thisarticleonthegrayconcretestabilityofthesoilandconstructionofroadperformanceofthespecificprocesses.Atthesametimeonthestabilityofthegreysoilafterthecompletionoftheconstructionofconservationissuesandqualitytesting.

Keywords　Thegraysoilstability;roadperformance；ConstructionTechnologyThegraysoilstability；roadperformance;ConstructionTechnology

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目录

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1引言1

1.2基本概念1

2二灰稳定土的路用性能3

2.1二灰稳定土的选材3

2.2二灰稳定土的配合比设计3

2.3二灰稳定土的材料特性4

2.4二灰稳定土的使用特性7

3二灰稳定土施工工艺分析9

3.1二灰稳定土的拌和9

3.2二灰稳定土的摊铺10

3.3二灰土稳定的压实10

3.4质量检测11

结论14

参考文献15

附录16

致谢18

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1绪论

1.1引言

高等级公路沥青路面基层和底基层采用半刚性材料，而二灰稳定土作为半刚性路面基层和底基层采用的主要构成材料得到广泛的应用，以下就是对二灰土路用性能与施工工艺的分析。

1.1.1中国高等级公路路面的结构类型

我国90%以上的高等级公路沥青路面基层和底基层采用半刚性材料。

半刚性基层沥青路面已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。

在七五期间，国家组织开展了“高等级公路半刚性基层、重交通道路沥青面层和抗滑表层的研究”的研究工作，对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性，沥青面层的开裂机理、车辙和疲劳、抗滑表层设计和应用、半刚性基层材料的强度特性和收缩特性，组成设计要求等进行了深入的研究工作，提出了较为完整的研究报告，为高等级公路半刚性基层沥青路面的设计和施工提供了理论依据和技术保证。

1.1.2国内外研究概况

国外国道主干线基层结构有以下特点：

（1）多数采用结合料稳定的粒料（包括各种细粒土和中粒土）及稳定细粒土（如水泥土、石灰土等）只能用作底基层，有的国家只用作路基改善层。

法国和西班牙在重交通的高速公路上，要求路面底基层也用结合料处治材料。

（2）使用最广泛的结合料是水泥和沥青，石灰使用得较少。

此外，还使用当地的低活性慢凝材料和工业废渣，如粉煤灰、粒状矿渣等。

（3）有的国家用沥青稳定碎石做基层的上层，而且用沥青做结合料的结构层的总厚度（面层+基层的上层）常大于20cm。

经过几十年的总结，国外在半刚性基层沥青路面结构组合上虽有所改进，但以二灰稳定土为主的半刚性材料仍是常采用的基层和底基层材料。

1.2

基本概念

1.2.1半刚性路面\底基层

用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎（砾）石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层，在前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。

由于这种材料的刚性处于柔性路面与刚性路面之间，因此，把这种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面。

这种基层称为半刚性基层。

1.2.2二灰稳定土。

二灰土是用石灰和粉煤灰按一定比例与混合后的一种无机材料。

它的具体名称视所用土的不同而定，二灰与砂砾称二灰砂砾土，二灰与碎石称二灰碎石土，二灰土与细粒土称二灰土，二灰与工业废渣称二灰渣。

近二十多年来，石灰、粉煤灰用作添加于天然细粒土或粘土中的稳定性材料越来越常见，特别在道路工程中的路基施工中，这主要是路基填料用量大，石灰和粉煤灰的材料来源比较广泛，而且价格低廉，施工简单，力学性能和水稳性好，成为土质改良的重要方法。

我国公路部门在许多公路建设中（特别是高等级公路）都有用二灰稳定土。

同时也应注意到由于二灰土强度、密度的影响因素比较多，也比较复杂，若掌握不好，轻则影响质量重则导致失败。

本文的目的正是就二灰土的配比优化选择和时间效应问题进行探讨。

2二灰稳定土的路用性能

二灰土的路用性能主要包括二灰土的材料特性。

这之前它材料的选择，组合则尤为重要。

2.1二灰稳定土的选材

二灰土的选材应加以重视，优秀的组成设计不仅能满足设计和规范要求，同时能节约成本，因此，作为施工企业应高度重视。

石灰应满足三级灰以上，充分消解，具有较强的化学活性，即石灰不能长时间存放，长时间存放会导致失效，因为它是二灰土中的主化剂。

因此，对石灰品质要有较高的要求。

粉煤灰材料差别较大，有的厂家出的粉煤灰颗粒细，烧失量也小，有的厂家出的粉煤灰烧失量大，且颗粒粗，品质不稳定，由于粉煤灰是二灰土的第二固化剂，对其强度有较大影响，实验表明，细度模量小，浇失量小的粉煤灰配置稳定性明显好于粉煤颗粒粗、烧失量大的二灰土，所以，在选粉煤灰要注重挑颗粒小、烧失量小的粉煤灰作为二灰土原材料。

土在二灰土中所占的比例较大，它起到混合料骨架作用。

有关试验资料表明，在同种二灰土比例的情况下，随着土质的塑指变化而发生变化，特别是塑指10～20之间其二灰土强度变化尤为明显，塑指高二灰土强度亦高。

但由于土质塑指越高越难以粉碎，不便于施工（特别是塑指在20以上），因此，选择土的时候要挑选塑塑指在13～18之间的比较理想，既容易满足二灰土强度要求，又满足施工的和易性。

2.2二灰稳定土的配合比设计

二灰土的组成设计也细度模量小，浇失量小的粉煤灰配置稳定性明显好于粉煤颗粒粗、烧失量大的二灰土，所以，在选粉煤灰要注重挑颗粒小、烧失量小的粉煤灰作为二灰土原材料。

首先由试验室确定二灰土三种材料各自的比例，试验时一般固定一组材料用量不变，然后调其他两种材料比例，我们通过线的试验可以看出，石灰用量从8%增加14%，其强度不断增加，早期强度尤为明显，但到14%以后，其强度并不明显。

而粉煤灰用量从15%～45%增加含量其强度也不断增加，特别是后期强度（1个月、2个月）比较明显，但45%以后，强度反而下降，这说明粉煤灰到45%是极限，但粉煤灰用量越大，由于是灰质，因此，施工难度就越大。

试验配比要遵循经济合理，早期强度高，便于施工的原则，对于东北地区比较经济又满足设计和规范要求的比例为：

石灰：

粉煤灰：

土为（8～12）：

（30～40）：

（48～62）在施工时试配比可以参照上面的比例进行试验和调整，从而选择最佳配合比。

2.3二灰稳定土的材料特性

二灰土的干密度

只有在达到一定密实度时土体才能有抵抗外力的能力，要使二灰土有较高的强度和变形特性，必须达到一定的压实度。

这与灰土的含水量密切相关。

通过击实试验数据结果做出不同配合比的轻型击实试验曲线.试样的最大干密度和最优含水量关系见下图1:

图1

最优含水量随粉煤灰的含量的增加而增加，最大干密度反而减小。

随粉煤灰含量的增加，最大干密度所对应的最优含水量的范围也在增加，也就是说随着粉煤灰含量的增加，要达到同样的干密度，含水量可以在更大范围内变化，这便于施工。

二灰土的压缩特性

在湿陷性黄土中加入石灰、粉煤灰等后，可提高土的强度，减小土的孔隙率，降低土的压缩性，减弱土的湿陷性。

据压缩试验结果做出试样的压缩模量与龄期的磁系曲线，如图2。

图2

根据试验结果表明，3个配比二灰土的压缩模量Es1-2＞20MPa，故为低压缩性材料。

由上图2可看出：

初期三者的压缩模量基本相当，但随着龄期增加，配比为1∶3∶6表现为较大的压缩模量。

从而可得，配比为1∶3∶6的二灰土表现为更好的压缩性。

二灰土的渗透性

由于粉煤灰是缓凝特质，表面能低，难在水中溶解，导致二灰混合料火山灰反应缓慢，凝胶物数量少，随着龄期的增加，含有Ca2+和OH－的溶液通过粉煤灰表面水化凝胶物间隙向里渗透，使火山灰反应继续发生，增加了混合料中凝胶物质数量，填充了粉煤灰颗粒间的孔隙，使结构变得紧密，渗透系数与龄期的关系曲线如图3。

从图3可以看出三组配比的渗透系数随粉煤灰含量的增加而增加，但都随龄期增长而减小，并且三者都属于极低渗透性土。

图3

二灰山的抗前强度

土的抗剪强度是土的重要力学指标，它也是确定二灰土中各种成分剂量的关键因素。

3组试样的抗剪强度的C、值与龄期关系曲线如图4和图5，50d不同配比剪应力与剪位移的关系曲线如图6。

图4

图5

图6

从图4和图5可以看出，不同配比的二灰土的C、￠值都随龄期的增长而增加，但配比为1∶3∶6的增长趋势更加明显，后期表现为相对较大的C、￠值。

并从图6也可以看出，配比为1∶4∶5的抗剪强度最低，并表现为较强的脆性，这正是无机集中料改良土的缺点，它使得土体抗冲击能力降低，而且在施工过程中土体易发生裂缝。

配比为1∶2∶7的二灰土有较好的塑性变形能力，但它的强度不是最好。

而配合比1∶3∶6表现为最好的抗剪强度，50d抗剪强度以达到3.2MPa，并随龄期的增加，强度还要增长，而且它也有表现为相对较好的塑性变形能力，满足一般地基的强度要求。

所以，综合考虑，选择这个比例比较适宜。

综上所述，二灰土具有较好的击实性，并随龄期的增长，其抗渗性能增强，压缩性降低，抗剪强度快速增加；而且还大大改良了黄土的湿陷性。

在3组配比的二灰土中，1∶3∶6表现出更好的综合性能：

最低的压缩性，较低渗透性，后期具有最好的抗剪强度，并随龄期增长，强度增加的趋势更加明显。

它出具有较好塑性变形能力。

二灰土应用于黄土地基从理论上可行，相对于传统的灰土地基，节省了约75%的石灰。

其承载力确不降低。

所以它的造价相对较低，并且变废为宝，经济效益显著。

同时净化了环境，社会效益明显。

二灰稳定土实验的详细结果请看附录。

2.4二灰稳定土的使用特性

（1）二灰土具有较高强度

二灰土成型后，虽然早期强度偏低，在气温较高的季节，如夏天7天无侧限抗压强度能达到0.6--0.8Mpa，在春天及秋天7天无侧限抗压强度能达到0.5Mpa左右，但二灰土后期强度高，一个月在夏季能达到1.7--2.0Mpa，二个月能达到3Mpa，以后强度还不断慢慢增长，因此，二灰土具有较高强度的一种路面结构层。

（2）二灰土整体性好

二灰土成型后，经过一段时间的养护，其强度逐渐增高，最后形成一个有机的整体，形成整体的原因有两种，首先是由于石灰、粉煤灰含有许多化学活性物其中氧化钙、二氧化硅物质所形成的离子与粘土颗粒的离子发生化学、物理反应，从而形成大团粒结晶体，具有很高的强度；其次是由于机械的物理力学作用，二灰土摊平后，经过重型压实机具将其密实，使二灰土形成紧密的结合体；第一种情况是二灰土形成强度、板结的主要原理；第二种情况则是二灰土中强度形成的必要条件。

因此，二灰土经过密实后具有良好的整体性。

（3）二灰土具有良好的水稳性和抗低温能力

由于二灰土内部的物理化学反应，从而形成致密的整体，雨水不容易渗透，同时因为二灰土的化学反应有放热现象，致使在低温季度施工二灰土的强度仍不断增高，天津疏港公路在三月中旬施工的二灰土，通过现场检测7天强度能在0.4Mpa以上能充分说明二灰土抗低温能力。

（4）二灰土施工方便

由于二灰土强度上来慢、是因为其物理化学反应也较之缓慢，因此从拌合到摊铺、碾压均有较长的操作时间，便于掌握不象水泥稳定材料从拌合到碾压只能在初凝时间内完成，一般控制在4～5小时之内。

而二灰土从拌合到碾压成型，可以延长1～2天，对其强度没有太大的影响，所以，施工时受雨水、机械设备、人为因素的影响相对要小得多，施工二灰土相对比较容易和方便。

（5）二灰土造价相对较为经济

要达到同样强度指标的二灰土与水泥稳定土造价比较，以15cm厚度为例，其二灰土材料成本较水泥稳定土成本低0.4～0.8元/m2。

同时，有效地利用了工业废料，减少了环境污染，对环保起着助进作用。

（6）二灰土提高了土源利用率

特别对于低塑和高塑的土质，二灰的加入起到了改善作用，众所周知，对塑指小于12的土质，仅靠石灰稳定效果不理想，7天无侧限强度在0.5Mpa左右，达不到规范要求0.7Mpa，而通过石灰、粉煤灰两种材料进行稳定，则其强度明显改观，7天强度达0.6Mpa以上，30天后达到1.7Mpa，当地的土源塑指均在12以下，仅靠石灰稳定很难搅拌成型，总有不少大于5cm的土颗粒存在，因此，其拌合不均匀，但通过采用二灰土稳定后，先将粉煤灰与土预拌存放一段时间后，再与石灰搅拌在一起使较大颗粒的土块易于打开，搅拌也比较均匀，压实后强度也特别高。

由于二灰土具有以上诸多优点，因此，在北方具备条件的地方，比较广泛的采用二灰土这种材料作为道路底基层或基层，收到了良好的经济与社会效益。

3

论文正文字数：

理工科一般为8000以上字，管理及人文学科一般也为8000以上字。

二灰稳定土施工工艺分析

我国二灰稳定土施工工艺主要为场拌法，所以这里主要介绍这种方法的施工工艺。

3.1二灰稳定土的拌和

3.1.1场地选择

在二期工程的空地中选定拌和场地，整平压实，测量整平后高程（h）作为原始数据。

3.1.2原材料的控制

土：

采用塑性指数较大的中液限粘土，其塑性指数宜控制在10～20之间，土中15～25mm的土块不宜超过5%，含水量宜控制在18～22%。

粉煤灰：

其主要成分二氧化硅和三氧化二铝含量大于70%，烧失量小于10%，宜选用粗颗粒的粉煤灰，含水量控制在20～28%之间。

石灰：

必须符合规定的三级以上生石灰或消石灰的技术指标，使用块灰消解后经过10mm筛且一周内用完。

3.1.3计量控制

二灰土设计重量配合比：

粘土：

粉煤灰：

石灰＝50%：

50%：

6%。

为便于现场计量控制，将混合料的重量比转化为体积比1：

1：

0.23。

并以自卸车的体积计量。

（1）土层计量：

用自卸车将粘土卸至拌合场地，推土机整平，人工修整边角，测量土）层顶面平均高程（h），计算出铺土厚度H＝h－h，用钢尺丈量铺土面积S，计算土体积为Q＝H×S。

（2）白灰计量：

根据土体积计算出石灰用量Q＝0.23Q，用自卸车按车数进行计量，每车石灰的体积经标定后为g，计算应参加的石灰车数n＝Q/g，根据计算的车数n，控制石灰用量，并用推土机及人工辅助将石灰均匀地分布在土层上。

（3）粉煤灰的计量：

根据土体积Q计算出粉煤灰用量Q＝1.2Q，用自卸车计量，每车粉煤灰的体积标定为g，计算预掺加粉煤灰车数n＝Q/g，用推土机或装载机将n车粉煤灰均匀地摊铺在石灰层上。

3.1.4二灰土拌和控制

用挖掘机将比例适当、含水量合适的混合土从料堆地挖起置于邻近的场地上，第二斗料倾倒在第一斗混合料的顶部，依此类推，直至全部堆料由原堆料场翻拌到该邻近的堆料场，即为第一遍拌合。

重复上述步骤，直至混合料翻拌到合格为止。

一般2～3遍即可。

3.1.5施工质量控制

（1）混合料拌合后必须颜色一致（目测控制），无大于25mm的土团，大于20mm的土团不得超过10%，严禁有未消解的石灰团。

（2）白灰计量的误差范围不得超过设计量的6%±2%，混合料置放的最长时间不宜超过7天。

3.1.6拌和机械选配及施工人员设置：

根据施工进度及工程量大小配备机械数量，拌和场配备相应的土木工程师及领工员试验员跟踪检查试验。

3.2二灰稳定土的摊铺

先用推土机摊开初平，然后再用平地机进行精平。

碾压应遵循先稳压后振压再静压的原则，既用轻型压路机进行碾压，使二灰土稳定，然后用振动压路机碾压1～2遍，最后用18～21t三轮压机碾压2～3遍达到压实度标准。

3.3二灰土稳定的压实

3.2.1施工工艺

将合格的二灰土混合料运至路槽分层填筑，每层压实厚度不宜大于25～30cm。

首先用推土机将二灰土混合料摊平、稳压，用压路机粗压一遍，然后用平地机精平，精平时宜由路基外侧向路拱进行，最后再由压路机碾压至设计压实度，洒水养生。

对于平整度、横坡达不到规范要求的填筑表面需重新用平地机再精平一次，直至达到设计及规范要求。

3.2.2压实方法

压实土层的密实度随深度递减，表面5cm的密实度最高。

同样质量的振动压路机比光轮静碾压路机的压实有效深度大1.5～2.5倍。

如果压实遍数超过10遍仍达不到压实度要求，则继续增加遍数的效果很小，需减小压实厚度。

根据现场实际情况，该工程采用12～15t的振动压路机作为碾压机械。

开始碾压时土体较疏松，强度低，所以先轻压，随着土体密实度的增加，逐步提高压强。

第一遍静压，然后由弱振至强振。

碾压时，在直线段和大半径曲线段，先压边缘，后压中间；小半径曲线地段因有较大的超高，碾压顺序为先低（内侧）后高（外侧）。

路堤边缘往往压实不到，仍处于松散状态，雨后容易滑塌，采用卷扬机牵引的小型振动压路机从坡角向上碾压，部分采用人工拍实。

坡度不陡于1:

1.75时，采用履带式推土机从下向上压实。

3.2.3施工质量控制

（1）压实宽度应满足设计要求的超宽值（一般每侧超宽40～50cm为宜），填筑表面和边坡必须充分压实整平，边坡必须向外侧倾斜，一般应形成3%的排水坡，每天工作结束或施工中断时，最后一次光轮碾压必须顺排水方向进行，以保证雨水毫无保留地排到排水沟及渗水区内。

（2）试验人员必须跟踪检测，用环刀法随机取样检测，压实度不够时，采用压路机继续碾压，直至符合设计要求。

（3）分层填筑后不得有翻浆、起皮、弹簧等现象，表面平整、密实，用12～15t压路机碾压后轮迹深度不得大于5mm。

3.4质量检测

二灰土的外形尺寸在施工时一般都能够达到要求，下面仅对二灰土的内在质量检测作一些分析。

3.3.1含水量

含水量测试准确与否对二灰土的压实度和强度有着较大的影响，二灰土在做标准击实试验和配合比试验时含水量的检测一般用烘干法，而实际施工过程中（碾压时、成型强度试件时）含水量是用酒精烧干法检测的。

对高塑性粘土做二灰土，这两种含水量的检测方法，测试结果相差较大，由于粘性土酒精不易烧透，烘干法比酒精烧干法测出的含水量大2～3个百分点。

这样计算出的压实度也相差约2个百分点，强度结果也不能代表二灰土的真实强度。

因此，必须通过试验找出这两者的关系，使二灰土在配合比试验和现场测试时的含水量相统一。

3.3.2灰剂量

石灰是二灰土强度的重要保证，实际施工过程中必须严格控制灰剂量。

（1）标准曲线的建立

结合现场施工情况，一般选用刚满足Ⅲ级灰标准的消石灰；由于粉煤灰和土的EDTA耗量一般在3.0ml以下，而石灰的EDTA耗量均在90ml以上，在配制标准溶液时，采用粉煤灰用量不变，石灰和土的比例变化来建立灰剂量标准曲线。

（2）灰剂量的检测

在施工现场取已拌和好的二灰土，不过筛直接检测；灰剂量稍低，根据各种灰剂量的配合比结果，只要能保证二灰土的强度，可以不二次加灰；若灰剂量过低，则必须重新加灰拌和；各点灰剂量的偏差也能反映出掺灰的均匀情况。

3.3.3压实度、强度

压实度和强度是一对统一的指标，7d无侧限抗压强度0.6MPa是指在95％的压实度标准下的结果。

用灌砂法检测全层厚的压实度，按规范要求的频率进行检测，对短施工段落进行评定，最少不能少于六个点。

压实度不合格的主要原因有：

（1）施工配合比不准确。

这主要和粉煤灰的用量有关，粉煤灰的用量多则二灰土的最大干密度偏小，粉煤灰的用量少则二灰土的最大干密度偏大。

（2）含水量不均匀。

二灰土的表面含水量偏小，造成二灰土表面松散。

（3）二灰土的厚度太大，二灰土的下部碾压不密实。

在二灰土碾压前多点取样，在室内混合后测含水量，立即成型强度试件，养生7d进行强度试验。

在强度试验过程中要注意以下问题：

（1）称取二灰土试样的质量和成型试件的高度。

试件的高度和二灰土的质量影响其压实度，1mm的高差能使试件压实度增减约2个百分点，从而造成强度值的误差较大，试件高度应控制在5.00mm±0.05mm；称取二灰土试样的质量时，要精确至0.1g。

（2）选用合适量程的量力环。

量力环的量程一般不宜大于5kn，量程过大压力读数不准确，计算时造成离散系数偏大，代表值偏小，如量力环测出的压力为0.1kn，计算出的强