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。与单一石灰稳定土相比,二灰土具有早期强度更高、水稳定性更好、抗裂性能更优的特点,且利用了粉煤灰这一工业废渣。然而,二灰土的配合比设计长期存在“经验化”倾向,石灰与粉煤灰的比例、结合料总掺量等因素对抗剪性能的影响缺乏系统研究。

二、试验材料与方案
试验用土为粉质黏土,塑性指数10~14。石灰采用Ⅲ级消石灰。粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰,活性SiO₂和Al₂O₃含量合计大于70%。
设计了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%的配合比方案。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
击实特性: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。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。
抗剪性能:二灰土的抗剪强度随结合料掺量的增加而提高。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。
碱性环境对粉煤灰活性的激发: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。当石灰与粉煤灰比例为1∶2时,碱性激发与反应物供应之间达到最佳平衡。
四、微观机理分析
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提供了必要的碱性条件,促使粉煤灰中活性组分溶出并与Ca²⁺反应生成C-S-H和C-A-H凝胶。这些胶凝产物填充土颗粒间的孔隙,将分散的土颗粒胶结成整体,从而提高黏聚力。同时,粉煤灰微细颗粒的填充效应改善了土体的颗粒级配,增大了内摩擦角。
五、结语
石灰与粉煤灰的比例及总掺量显著影响二灰土的密实度与抗剪性能。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。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在10%~20%之间选择。
