石灰-粉煤灰稳定土的级配优化与抗剪性能研究

日期:2026-08-11 00:58 来源:润丰矿业 作者:赵明 浏览量:4

日期:2026-08-11 00:58 作者:赵明 浏览量:4

一、引言
石灰-粉煤灰稳定土(简称二灰土)以石灰和粉煤灰为复合结合料,通过火山灰反应形成胶凝强度,兼具石灰的离子交换作用和粉煤灰的火山灰效应。与单一石灰稳定土相比,二灰土的早期强度更高、水稳定性更好、抗裂性能更优,且利用了粉煤灰这一工业废渣,具有显著的环保效益。

然而,二灰土的配合比设计长期存在“经验化”倾向——多参照规范推荐中值进行,缺乏针对具体原材料特性的系统优化。石灰与粉煤灰的比例、结合料总掺量、土的级配等因素均对二灰土的工程性能产生显著影响。本文通过设计多种配合比方案,系统研究这些因素对二灰土密实度和抗剪性能的影响规律,为配合比的科学优化提供依据。

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二、试验材料与方案
2.1 原材料
试验用土为粉质黏土,塑性指数10~14。石灰采用工业级熟石灰,Ca(OH)₂含量达到94%。粉煤灰为某电厂Ⅱ级粉煤灰,活性SiO₂和Al₂O₃含量合计大于70%。

2.2 配合比设计
设计了6种不同配合比,石灰与粉煤灰比例分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4,结合料总掺量(石灰+粉煤灰)分别为10%、15%、20%。以素土为对照组。首先通过重型击实试验确定各配比的最优含水率与最大干密度,然后制备直剪试件进行快剪试验测定抗剪强度指标(黏聚力c和内摩擦角φ)。

三、试验结果与分析
3.1 击实特性
重型击实试验结果表明,二灰土的最大干密度随结合料掺量的增加而降低,最佳含水率随结合料掺量的增加而升高。这一变化规律与石灰稳定土类似——结合料颗粒较轻且比表面积大,增加了混合料的持水能力。在不同石灰-粉煤灰比例中,当比例为1∶2时,最大干密度达到各掺量水平下的最高值。

3.2 抗剪性能
直剪试验结果表明,二灰土的抗剪强度随结合料掺量的增加而提高,但在同一掺量水平下,不同石灰-粉煤灰比例对抗剪强度的影响呈现显著差异。当石灰与粉煤灰比例为1∶2时,混合料的黏聚力和内摩擦角均达到最优。黏聚力的提升源于火山灰反应生成的胶凝产物对土颗粒的胶结作用;内摩擦角的增大则与粉煤灰微细颗粒填充孔隙、提高密实度有关。

3.3 碱性环境对粉煤灰活性的激发
粉煤灰的火山灰活性需要在碱性环境中才能被充分激发。石灰水化生成的Ca(OH)₂提供了pH>12的碱性环境,促使粉煤灰颗粒表面的玻璃体结构解体,释放出活性SiO₂和Al₂O₃,与Ca²⁺反应生成C-S-H和C-A-H凝胶。当石灰比例过低时(如1∶4),碱性不足,粉煤灰活性激发不充分;当石灰比例过高时(如1∶1),粉煤灰掺量相对不足,火山灰反应产物总量受限。1∶2的比例恰好在碱性激发和反应物供应之间取得了最佳平衡。

四、工程应用建议
基于试验结果,推荐石灰∶粉煤灰=1∶2作为二灰土配合比设计的优选比例,结合料总掺量可根据设计强度要求和经济性在10%~20%之间选择。施工中应严格控制粉煤灰的含水率和均匀性,确保拌和质量。

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五、结语
石灰-粉煤灰稳定土的配合比参数对路用性能具有决定性影响。当石灰与粉煤灰比例为1∶2时,碱性环境对粉煤灰活性的激发最为充分,火山灰反应产物的生成量最大,混合料的密实度和抗剪强度达到最优。研究成果为二灰土的配合比优化提供了可靠的技术参数,有助于推动二灰土在道路工程中的科学应用。

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