石灰穩(wěn)定類材料包括:石灰土、石灰砂礫土、石灰碎石土等。其強度形成主要指石灰與細粒土的相互作用。
強度形成原理:
(1)土中摻入適量的石灰,并在最佳含水量下壓實后,既發(fā)生了一系列的物理力學作用,也發(fā)生了一系列的化學與物理化學作用。在這一系列作用發(fā)生的同時,形成了石灰土基層的強度。
(2)由于石灰與土之間發(fā)生了一系列相互作用,從而使土的性質(zhì)發(fā)生根本的改變。與原素土相比,在初期,主要表現(xiàn)在土的結(jié)團、塑性降低、最佳含水量增大和最大密度的減小等。后期變化主要表現(xiàn)在結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成,從而提高土的強度與穩(wěn)定性。
(3)石灰加入土中發(fā)生的物理與化學反應主要有離子交換、Ca(OH)2的結(jié)晶、碳酸化和火山灰反應。其結(jié)果使粘土膠粒絮凝,生成晶體Ca(OH)2、CaCO3(碳酸鈣)和含水硅、鋁酸鈣等膠結(jié)物,這些膠結(jié)物逐漸由膠凝狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化,致使石灰土的剛度不斷增大,強度與水穩(wěn)定性不斷提高。
名詞解釋:
(1)離子交換反應:是指石灰加入土中,在水的參與下易離解成Ca2+和(OH)-離子,Ca2+可與粘土膠體顆粒反離子層上的K+、Na+離子發(fā)生離子交換,其結(jié)果使得膠體吸附層減薄,從而使粘土膠體顆粒發(fā)生聚結(jié),土的濕坍性得到改善。離子交換是石灰土初期強度形成的主要原因。Ca(OH)2的結(jié)晶反應是石灰吸收水分形成含水晶體,所生成的晶體相互結(jié)合,并與土粒結(jié)合起來形成共晶體,把土粒結(jié)成整體,從而使石灰土的水穩(wěn)性得到提高。
(2)碳酸化反應:是指Ca(OH)2與空氣中的CO2反應生成CaCO3的過程,試驗表明,碳酸化反應只是在有水的條件下才能進行。當用干燥碳酸氣作用于完全干燥的石灰粉末時,這反應幾乎完全停止進行。因為碳酸化時,石灰和碳酸氣的作用需要水。CaCO3是堅硬的結(jié)晶體,具有較高的強度和水穩(wěn)性,它對土的膠結(jié)作用使土得到了加固。由于CO2可能由混合料的孔隙滲入,也可能由土本身產(chǎn)生,當石灰土的表層碳酸化后,則形成一層硬殼,而阻礙CO2進一步滲入,因而Ca(OH)2的碳化是一個相當長的反應過程,也是形成石灰土后期強度的主要原因之一;鹕交曳磻侵竿林械幕钚怨桎X礦物在石灰的堿性激發(fā)下解離,在水的參與下與Ca(OH)2反應生成含水的硅酸鈣和鋁酸鈣的過程,所生成新的化合物與水泥水解后的產(chǎn)物相類同,是一種水穩(wěn)性良好的結(jié)合料。
(3)火山灰反應:是在不斷吸收水分的情況下逐漸發(fā)生的,因而具有水硬性質(zhì)。碳酸化與火山灰反應對提高石灰土的強度與穩(wěn)定性起著決定性作用。