熟石灰粉(CMA生态改性剂在膨胀土深挖路堑边坡中的应用)

Posted 2023-06-02

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熟石灰粉(CMA生态改性剂在膨胀土深挖路堑边坡中的应用)

CMA生态改性剂在膨胀土深挖路堑边坡中的应用

刘书鹏王锦辉刘鸿锐黄二忠

河南省公路工程局集团有限公司，河南郑州 450052

摘要：本文主要介绍了CM A 膨胀土生态改性剂的改性原理, 改性膨胀土的特点,并对CM A 膨胀土生态改性剂的施工及质量控制做了详细介绍。结果表明改性后的土体强度高、水稳性好，此改良膨胀土技术不仅施工简便, 而且处理效果明显，值得推广应用。

关键词：CMA；改性膨胀土；机理；施工

膨胀土的矿物组成多以伊利石、蒙脱石为主，夹少量的高岭石。这些亲水性的粘土矿物易遇水膨胀、失水收缩，具有明显的膨胀性、多裂隙性、超固结性、以及强度减弱性。容易造成路基沉陷、路堑边坡垮塌等事故，而且这种破坏作用具有多次反复性和长期潜在的危害性，有人称它为“工程中的癌症”。

治理膨胀土是困扰工程界的一大难题，目前，膨胀土挖方边坡传统的处置方案主要采用浆砌片石满铺防治、混凝土六棱块满铺防护、土钉墙加固边坡等，这些措施均为全封闭的刚性防护，以阻止降水被非饱和土吸收，实践证明这些刚性防护方案不能从根本上解决在大气风化作用层影响深度范围内膨胀土体的胀缩问题。因此，本文从膨胀土化学改良、生态防护、处治效果等角度对深挖路堑膨胀土进行研究，解决膨胀土路堑边坡防护施工质量控制难点。

1. 膨胀土生态改性剂的作用机理

CMA(Changing the Montmoriuonite’s Absorbent) 膨胀土生态改性剂由一种复合化学配方+水+活性石灰充分搅拌组成。具有电解和离子交换的作用, 有较强的渗透性, 能溶于水, 在水中离解出带正电荷的阳离[X]n+和带负电荷的阴离子[Y]n-,阳离子与膨胀土胶体表面的阳离子[M]n+产生交换作用，将这些原本吸附在膨胀土颗粒表面、亲水性极高的阳离子赶走，代之以亲水性较低、粘结力较强的铝离子及其水合物，破坏膨胀土颗粒上吸附水的化学键，形成自由水，自由水通过重力、蒸发、压实排除。膨胀土生态改性剂改变了膨胀土颗粒的机构特性，提高膨胀土的抗剪能力，增强膨胀土的水稳性，永久改变膨胀土的属性，将膨胀土改为非膨胀土。膨胀土改性剂自身与土粒并不结合，它与膨胀土作用时其总量不减少，而且只要膨胀土中有水分，它的功效就会延续下去，这种作用是不可逆的。

膨胀土生态改性剂能在水中电解出离子与原膨胀土颗粒表面的离子进行交换, 从而达到将膨胀土改性的目的。与其它的胶合材料不同, 它自身与土粒并不结合, 而且具有再生功能, 它与膨胀土作用时其总量并没有减少, 其功效并不会随着时间的推移而逐渐减弱。相反, 只要膨胀土中有水分, 它的功效就会延续下去, 这种作用是永久的不可逆的。膨胀土生态改性剂喷洒在土体表面可以通过渗透达到一定深度将其改性, 还可以通过土体本身含水量经土体毛细孔隙到达一定深度。更重要的是膨胀土生态改性剂具有较强的渗透性, 能溶于水, 它可以随雨水渗透, 到达雨水能到达的深度, 这样就从根本上解决了雨水渗入对膨胀土的影响, 做到对大气风化作用层影响深度范围内的膨胀土体进行彻底治理。

2.CMA生态改性剂改性膨胀土的特点

2.1改善膨胀土湿胀干缩的特性

膨胀土湿胀干缩特性是其所含的矿物与水作用的结果，膨胀土生态改性剂离子交换作用使原来作用于土壤颗粒表面的吸附水静电引力被打破，吸附水变成自由水被排出，这样就从根本上改善了膨胀土湿胀干缩的特性，将膨胀土改性为非膨胀，其工程特性优于正常土。

2.2改性后的土体具有人造沉积岩倾向

由于改性后的土体水分在膨胀土生态改性剂的作用下被排除，改性土在重力的作用下被压实，在石灰和离子反应中形成胶状晶体的粘合作用下被固化密实的板状结构，而且具有良好的弹性，不会发生裂隙，具有人造沉积岩的倾向。

2.3水的渗透不会引起岩土工程的破坏

经过膨胀土生态改性剂处理的土体，由于其排水作用而使大部分的气孔也被压缩，且气孔里大部分空间会被再结晶物质所充填，虽然改性后的土体水还是能渗透进去，但由于这些水不会再被吸附而很快被排出。所以，这些渗透水不会引起岩土工程的破坏。

3.CMA生态改性剂改性膨胀土施工方法

CMA生态改性剂施工是按照一定比例将浓缩液、水、石灰混合,并充分搅拌均匀,采用专用喷洒设备直接喷洒于新开挖土体表面上,总喷洒量约20 kg/m2。基本配合比为:改性剂浓缩液∶水∶石灰= 1∶100∶ 5。因CMA生态改性剂可针对不同膨胀土体进行改性,施工前需对施工点原状土体取样做试验,以确定改性剂喷洒次数和喷洒量。

3. 1 实际喷洒量确定

(1)现场调查,收集当地气候条件的相关资料及雨水的渗透深度、大气风化作用层影响深度等相关数据。根据膨胀土处于段落位置和工程量大小确定原状土取样组数,其边坡改良及基底改良土体需单独取样。本工程确定为8组。

(2)取土样做对比试验。主要试验指标有:颗粒分析、液塑性、胀缩特性、剪切、无侧限抗压强度、击实、膨胀率、膨胀力等。各种试验结果可以达到非膨胀土的技术指标。

3. 2 现场准备

(1)相关联工程施工应在改良处理前按设计要求完成并验收,路堑基底挖至设计填筑高程,并设置横向排水坡,改性后不宜再扰动土体以免影响改性效果。

(2)改性施工前应认真检查土体的干湿程度,要求土体干燥。

(3)改性剂施工在路基冲击碾压夯实完成后进行。

(4)对基面进行网格布线,使每次拌和料刚好能充盈一个网格。

(5)准备好施工设备和生石灰,生石灰需提前2d进场,石灰采用经水熟化的熟石灰粉,其活性CaO+MgO含量不低于70%,并且做好机械设备配套。

3.3施工

(1)溶液配制:根据实验室确定的配合比及现场容器大小确定每次配制的溶液数量。

（2）喷洒:将搅拌均匀的溶液用水泵抽取在基面上均匀喷洒,边喷洒边搅拌。喷洒完成一次后需待基层面均匀渗透,表面再次出现裂缝时进行第2次或第3次喷洒。当土体表面裂缝较少也可采用人工打孔后进行混合液喷洒。两个容器轮流使用,可保证一天喷洒1万m2。

3.4 质量要求与控制

经膨胀土生态改性剂改性后路基、边坡土体稳定,水稳性好,增强土体的强度,可还原生态。改性后的效果各项指标必须达到非膨胀土的标准。

改性施工的质量控制主要两个方面,一是掌握土体的干燥程度,二是喷洒要均匀,喷洒速度不宜过快,喷洒过程中需随时对混合液进行搅拌。

4.结语

使用CMA生态改性剂对膨胀土进行改性膨胀土，对提高膨胀土地基承载力有明显效果，地基承载力在短时间内达到一定值后趋于平稳，水稳性极好。另外，采用CMA膨胀土生态改性剂对膨胀土进行化学改良，通过微改良，大大加快了施工进度，施工效率提高50%以上，改性后的路基边坡土体稳定，不但还原了生态，而且避免了滑坡、坍塌等地质灾害的发生，经济效益、环保效益、安全效益和社会效益显著。

参考文献

[1] 曹光伦,陈善雄,余飞.合肥膨胀土CMA改性效果对比试验研究[J].中南公路工程,2006(6):11- 12.

[2] 邱歆平,杨明,陈善雄,等.膨胀土粉煤灰改性与石灰改性对比试验研究[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2007(1):6- 8.

[3] 李君.CMA 生态改性剂改良膨胀土技术及应用[J].山西建筑，2010.(18)：161-162.