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摘要：粉砂土作为路基填料时，属于难以压实的土类之一，这种土粘性含量小，持水能力差，粉砂土压实成型后不稳定，路基水分一旦发生变化，碾压成型的土体强度又会急剧减小。本文考虑选用不同材料分析其强度机理，更透彻的对其进行研究，从而为设计和施工提供参考和依据。
关键词： 改建工程粉土路基 离子交换机理
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
1 概述
作为路基填土时，粉砂土属于难以压实的土类之一。此类粉砂土粘性小，持水能力差，压实时最佳含水量的控制非常困难，且压实稍有过度，成型土体的结构极易受到破坏。如何在粉土路基路段，在满足交通量和使用要求的前提下遵循因地制宜、合理选材、利于养护、节约投资的原则制定相适宜的路基处理方案，既能满足路基强度及稳定性要求，又能保证路面结构完整和车辆行驶平稳、安全、舒适使之满足工程强度及稳定性要求是亟待解决的问题。
2 国内外研究
1.1 国外研究现状
多年来工程师们一直在研究土和水泥、石灰等无机结合料的混合物试图找到能够利用当地土料为主要原料的廉价筑路材料，这也是加固土技术出现的目的，二十世纪四十年代，这种加固土技术得到了普遍的认同。美国材料试验协会ASTM还将水泥加固土试验标准编订在工程土壤规程中。到七十年代中期，美国各地己大范围地采用了水泥加固土护坡。日本、美国及西欧一些国家一直在开展这方面的研究工作。随着时间的推移，在长期的土壤固化稳定工程中，采用传统的水泥、石灰等固化材料存在明显的不足，满足不了工程建设发展的需要。美、日、德等国家对土壤固化稳定技术进行了深层次的开发，研发了专门用来固结土壤的新材料一土壤固化剂。
1.2.2 国内研究现状
建国初期，我国就开始进行改良土的综合利用和研究。上个世纪六十年代，改良填料开始在柔性路面基层中应用。七十年代初，水利部开始研究和试用水泥改良土。近二十年来，我国公路部门在填料改良方面进行了大量的研究，对石灰土、水泥土、二灰土的强度发展规律和物理力学性质，改良土用作筑路材料的应用技术方面，取得了重大的发展。沙庆林院士在上个世纪70年代就进行了石灰土、二灰土的调查和研究。郭钱国飞(2003)分析和探讨了石灰土路基强度形成机理。贺建清(2005)利用动力弹塑性有限元法研究了石灰改良土的动力特性及其在交通荷载作用下的变形性状。认为随着掺灰比的增大，石灰土的动弹模量和阻尼比相应增大，石灰改良软土能有效减小工后沉降。
3.改良土强度形成机理离子交换原理
水泥石灰改良土材料的组成特点，利用离子交换原理，对水泥石灰改良土混合料的强度形成机理进行了较为详细的探讨。石灰改良土是由于石灰与土之间发生了一系列相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。
3.1石灰改良土的强度形成机理
石灰改良土是在粉碎的土中，掺入一定量的石灰，按照一定的技术要求，将拌匀的混合料在最佳含水量时压实，以提高土的粘聚力、强度和稳定性等，使之满足相应工程要求的一种混合料。
在土中掺入适当的石灰，并控制在最佳含水量的条件下压实，石灰和土就发生了一系列的物理力学作用和化学作用，在这一系列作用发生的同时形成了石灰土的強度。由于石灰和土之间发生的这一系列相互作用，使土的性质发生根本的改变，初期主要表现为土的结团，塑性降低，最佳含水量增大和最大干密度减小等。后期表现在结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。石灰加入土中主要发生离子交换作用、碳酸化作用、凝胶反应、结晶作用
结晶作用，Ca (OH) 2由胶体逐渐变成晶体Ca (OH ) 2·nH2O。晶体Ca (OH ) 2·nH2O能够相互结合，并与土粒结合起来形成共晶体，把土粒胶结成整体。结晶的Ca (OH ) 2 的溶解度比非晶体的Ca (OH) 2的溶解度要小的多, 因此石灰土的水稳性得到了进一步提高了。
3.2水泥改良土的强度形成机理
水泥改良土是水泥和土按照一定比例拌合，水泥对土进行改良的一种混合料。常用的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。水泥与土拌合后，水泥矿物与土中的水分发生强烈的水化反应，主要水化物为：水化铝酸钙、水化硅酸钙、水化铁酸钙和水化硫铝酸钙晶体。同时从溶液中分解出氢氧化钙，其与土壤中的活性物质进行反应，形成其它水化物，形成水泥石骨架。随着水泥水化反应的深入，当溶液中析出的Ca2 +的数量超出离子交换的需要量时，这些多余的Ca2 +同土壤中的活性SiO2、Al2O3进行反应，生成具有胶结作用的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙晶体。这些生成物进一步使颗粒相互结合，使土的塑性减小，强度增大，水泥土混合料的水稳性提高。水泥加入土中主要发水化反应、离子交换和团粒化作用、硬凝反应碳化作用。水泥水化物中的游离Ca(OH )2不断吸收水中的HCO3-和空气中的CO2生成碳酸钙。碳酸钙是坚硬的结晶体，它把土颗粒胶结或固结起来，提高了土体的强度，但比凝硬反应的作用要差些。
3.3 水泥石灰改良土强度形成机理
水泥石灰改良土强度形成机理可以分为物理过程和化学过程两种形式，物理过程是水泥石灰改良土主要材料是石灰和土共同灰结作用即所谓的水化胶结，对石灰土堆空隙进行填充和粘结，使混合料孔隙率减小，内摩阻力和粘结力增加，早期强度增高，碾压易于成型。化学过程是水泥石灰改良土的硬化和强度形成的化学反应过程即为石灰的灰结合水泥的水化。强度形成需要经过离子交换作用、硬凝反应。碳酸钙是坚硬的结晶体，它和其他生成的复杂盐类土把土粒胶结起来，从而大大提高了土的强度和整体性。石灰中的Ca(OH) 2与空气中CO2的相互作用生成CaCO3结晶，次含水碳酸钙是坚硬的结晶体，并把土颗粒胶结起来，从而使土强度提高，水稳性和整体性增强。结晶作用和碳化作用是比较慢的化学反应过程，反应生成的硅酸钙、铝酸钙、碳酸钙虽然是形成土强度的因素，但其反应较慢，只对后期强度产生影响。
通过上述分析可知，水泥石灰双掺可以取长补短，相辅相成，改善水稳性、强度和整体性。
结论：本文根据水泥石灰改良土材料的组成特点，利用离子交换原理，对水泥石灰改良土混合料的强度形成机理进行了较为详细的探讨。石灰改良土在初期，主要表现在土的结团，塑性降低，最佳含水量的增大和最大密實度的减小等。后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。水泥改良土使土的塑性减小，强度增大，水泥土混合料的水稳性提高。水泥石灰改良土强度使混合料孔隙率减小，内摩阻力和粘结力增加，早期强度增高，碾压易于成型。
[参考文献]
[1] 张永防,王秉勇,王晓州,石新桥,王庆林. 石灰(水泥)改良土技术的有关问题[J]. 铁道工程学报. 2007(S1)
[2] 段晔新,乔影.高等级公路中的软土地基处理方法[J]. 黑龙江水利科技. 2005(06)
[3] 贺建清. 石灰改良土路基填料的动力特性及应用研究[D]. 中南大学 2005
[4] 梅英宝. 交通荷载作用下道路与软土复合地基共同作用性状研究[D]. 浙江大学 2004
关键词： 改建工程粉土路基 离子交换机理
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
1 概述
作为路基填土时，粉砂土属于难以压实的土类之一。此类粉砂土粘性小，持水能力差，压实时最佳含水量的控制非常困难，且压实稍有过度，成型土体的结构极易受到破坏。如何在粉土路基路段，在满足交通量和使用要求的前提下遵循因地制宜、合理选材、利于养护、节约投资的原则制定相适宜的路基处理方案，既能满足路基强度及稳定性要求，又能保证路面结构完整和车辆行驶平稳、安全、舒适使之满足工程强度及稳定性要求是亟待解决的问题。
2 国内外研究
1.1 国外研究现状
多年来工程师们一直在研究土和水泥、石灰等无机结合料的混合物试图找到能够利用当地土料为主要原料的廉价筑路材料，这也是加固土技术出现的目的，二十世纪四十年代，这种加固土技术得到了普遍的认同。美国材料试验协会ASTM还将水泥加固土试验标准编订在工程土壤规程中。到七十年代中期，美国各地己大范围地采用了水泥加固土护坡。日本、美国及西欧一些国家一直在开展这方面的研究工作。随着时间的推移，在长期的土壤固化稳定工程中，采用传统的水泥、石灰等固化材料存在明显的不足，满足不了工程建设发展的需要。美、日、德等国家对土壤固化稳定技术进行了深层次的开发，研发了专门用来固结土壤的新材料一土壤固化剂。
1.2.2 国内研究现状
建国初期，我国就开始进行改良土的综合利用和研究。上个世纪六十年代，改良填料开始在柔性路面基层中应用。七十年代初，水利部开始研究和试用水泥改良土。近二十年来，我国公路部门在填料改良方面进行了大量的研究，对石灰土、水泥土、二灰土的强度发展规律和物理力学性质，改良土用作筑路材料的应用技术方面，取得了重大的发展。沙庆林院士在上个世纪70年代就进行了石灰土、二灰土的调查和研究。郭钱国飞(2003)分析和探讨了石灰土路基强度形成机理。贺建清(2005)利用动力弹塑性有限元法研究了石灰改良土的动力特性及其在交通荷载作用下的变形性状。认为随着掺灰比的增大，石灰土的动弹模量和阻尼比相应增大，石灰改良软土能有效减小工后沉降。
3.改良土强度形成机理离子交换原理
水泥石灰改良土材料的组成特点，利用离子交换原理，对水泥石灰改良土混合料的强度形成机理进行了较为详细的探讨。石灰改良土是由于石灰与土之间发生了一系列相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。
3.1石灰改良土的强度形成机理
石灰改良土是在粉碎的土中，掺入一定量的石灰，按照一定的技术要求，将拌匀的混合料在最佳含水量时压实，以提高土的粘聚力、强度和稳定性等，使之满足相应工程要求的一种混合料。
在土中掺入适当的石灰，并控制在最佳含水量的条件下压实，石灰和土就发生了一系列的物理力学作用和化学作用，在这一系列作用发生的同时形成了石灰土的強度。由于石灰和土之间发生的这一系列相互作用，使土的性质发生根本的改变，初期主要表现为土的结团，塑性降低，最佳含水量增大和最大干密度减小等。后期表现在结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。石灰加入土中主要发生离子交换作用、碳酸化作用、凝胶反应、结晶作用
结晶作用，Ca (OH) 2由胶体逐渐变成晶体Ca (OH ) 2·nH2O。晶体Ca (OH ) 2·nH2O能够相互结合，并与土粒结合起来形成共晶体，把土粒胶结成整体。结晶的Ca (OH ) 2 的溶解度比非晶体的Ca (OH) 2的溶解度要小的多, 因此石灰土的水稳性得到了进一步提高了。
3.2水泥改良土的强度形成机理
水泥改良土是水泥和土按照一定比例拌合，水泥对土进行改良的一种混合料。常用的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。水泥与土拌合后，水泥矿物与土中的水分发生强烈的水化反应，主要水化物为：水化铝酸钙、水化硅酸钙、水化铁酸钙和水化硫铝酸钙晶体。同时从溶液中分解出氢氧化钙，其与土壤中的活性物质进行反应，形成其它水化物，形成水泥石骨架。随着水泥水化反应的深入，当溶液中析出的Ca2 +的数量超出离子交换的需要量时，这些多余的Ca2 +同土壤中的活性SiO2、Al2O3进行反应，生成具有胶结作用的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙晶体。这些生成物进一步使颗粒相互结合，使土的塑性减小，强度增大，水泥土混合料的水稳性提高。水泥加入土中主要发水化反应、离子交换和团粒化作用、硬凝反应碳化作用。水泥水化物中的游离Ca(OH )2不断吸收水中的HCO3-和空气中的CO2生成碳酸钙。碳酸钙是坚硬的结晶体，它把土颗粒胶结或固结起来，提高了土体的强度，但比凝硬反应的作用要差些。
3.3 水泥石灰改良土强度形成机理
水泥石灰改良土强度形成机理可以分为物理过程和化学过程两种形式，物理过程是水泥石灰改良土主要材料是石灰和土共同灰结作用即所谓的水化胶结，对石灰土堆空隙进行填充和粘结，使混合料孔隙率减小，内摩阻力和粘结力增加，早期强度增高，碾压易于成型。化学过程是水泥石灰改良土的硬化和强度形成的化学反应过程即为石灰的灰结合水泥的水化。强度形成需要经过离子交换作用、硬凝反应。碳酸钙是坚硬的结晶体，它和其他生成的复杂盐类土把土粒胶结起来，从而大大提高了土的强度和整体性。石灰中的Ca(OH) 2与空气中CO2的相互作用生成CaCO3结晶，次含水碳酸钙是坚硬的结晶体，并把土颗粒胶结起来，从而使土强度提高，水稳性和整体性增强。结晶作用和碳化作用是比较慢的化学反应过程，反应生成的硅酸钙、铝酸钙、碳酸钙虽然是形成土强度的因素，但其反应较慢，只对后期强度产生影响。
通过上述分析可知，水泥石灰双掺可以取长补短，相辅相成，改善水稳性、强度和整体性。
结论：本文根据水泥石灰改良土材料的组成特点，利用离子交换原理，对水泥石灰改良土混合料的强度形成机理进行了较为详细的探讨。石灰改良土在初期，主要表现在土的结团，塑性降低，最佳含水量的增大和最大密實度的减小等。后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。水泥改良土使土的塑性减小，强度增大，水泥土混合料的水稳性提高。水泥石灰改良土强度使混合料孔隙率减小，内摩阻力和粘结力增加，早期强度增高，碾压易于成型。
[参考文献]
[1] 张永防,王秉勇,王晓州,石新桥,王庆林. 石灰(水泥)改良土技术的有关问题[J]. 铁道工程学报. 2007(S1)
[2] 段晔新,乔影.高等级公路中的软土地基处理方法[J]. 黑龙江水利科技. 2005(06)
[3] 贺建清. 石灰改良土路基填料的动力特性及应用研究[D]. 中南大学 2005
[4] 梅英宝. 交通荷载作用下道路与软土复合地基共同作用性状研究[D]. 浙江大学 2004