【问题分析与防治】石灰稳定土基层常见病害原因分析及防治措施

石灰稳定土具有良好的力学性能，初期强度和水稳定性较低，后期强度和水稳定性较高。实践证明，强度形成较好的石灰稳定土具有较高的抗压强 度(最高能达到4-5MPa)和一定的抗拉强度，且成本低，板体性好，具有很大的刚度和荷载分布能力。因此，它是一种较好的路面基层(非高等级公路) 和底基层材料。石灰稳定土虽然有许多优点，且应用较广，但相对于其它稳定结合料仍有不少缺点，容易出现病害。因此需要经过有效的病害机理分析并采取一定的防治措施，才能最大限度地发挥其性能。

　

在土中掺入适量的石灰，并在最佳含水量下拌和均匀并压实，使石灰与土之间发生一系列的物理、化学作用，从而使土的性质发生根本变化。这些变化归纳起来分为四个方面，一是离子交换作用； 二是结晶硬化作用；三是火山灰作用；四是碳酸化作用。

(1)离子交换作用。土的微小颗粒一般都带有负电荷，表面吸附着一定数量的钠、氢、钾等低价阳离子(Na+、H+ 、K+ )。石灰是一种强电解质，在土中加入石灰和水后，石灰在溶液中电离出来的钙离子 (Ca2+ )就与土中的钠、氢、钾离子产生离子交换作 用。原来的钠、钾变成了钙土，土颗粒表面所吸附的 离子由一价变成了二价，减少了土颗粒表面吸附水膜的厚度，使土粒相互之间更为接近，分子引力随 着增加，许多单个土粒聚成小团粒，组成一个稳定结构。

(2)结晶硬化作用。在石灰中只有一部分熟石灰(Ca(OH)2)进行了离子交换作用，绝大部分饱和Ca(OH)2自行结晶。熟石灰与水作用生成熟石灰结晶网格，其化学反应式为：

　　Ca(0H)2+nH2O---Ca(OH)2·nH2O
　

(3)火山灰作用。熟石灰的游离Ca2+ 与土中的活性SiO2：和氧化铝(Al2O3，)作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙，其化学反应式为：

　　xCa(OH)2+SiO2+nH2O→CaO·SiO2·(n+1)H2O
　　xCa(OH)2+Al2O3+nH2O→CaO·Al2O3·(n+1)H20
　

以上形成的熟石灰结晶网格及含水的硅酸钙 和铝酸钙结晶都是胶凝物质，它们具有水硬性并能 在固体和水两相环境下发生硬化。这些胶凝物质在土微粒团的外围形成一层稳定保护膜，或填充颗粒 空隙，而使颗粒间产生结合料，减小空隙与透水性， 同时提高密实度。这是石灰土获得强度和水稳定性 的基本原因，但这种作用比较缓慢。

　　(4)碳酸化作用。在土中的Ca(OH)2 与空气中的二氧化碳作用，其化学反应式为：
　　Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
　　Ca(OH)2是坚硬的结晶体，它和其他已生成的 复杂盐类结合起来，从而大大提高了土的强度和整 体性。

由于以上的各种反应，减弱了土的吸附水膜作 用，促使土颗粒凝集和凝聚，形成团粒结构，从而降 低土的塑性指数；石灰稳定土的最佳含水量随石灰 剂量增加而增大，而最大干密度则随石灰剂量增加 而减少；石灰的掺入能明显地提高土的侧限抗压强 度及整体强度。

　　根据多年从事石灰稳定土基层施工的经验，石灰稳定土常产生的病害可归纳为：①成型时弹簧、 起皮、拥包；②成型初期隆起、开裂；③缩裂。

以上各种病害的产生减小了石灰稳定土基层的强度、板体性、刚度和荷载分布能力，从而导致路 面面层出现断裂、沉陷、碎裂等破坏，缩短了道路的 使用寿命。1998年施工的某市西城北二路西段，由 于石灰稳定土基层的病害，1999年沥青路面面层出 现了不同程度的断裂、沉陷、碎裂，沥青路面面层破 坏严重；2001年就开始对沥青路面面层进行挖补， 每年至少修补一次，造成了很大的人、财、物力的浪 费，影响了正常使用，现已无修补价值。通过对部分路段的解剖，发现石灰稳定土基层出现了不同程度 的裂缝。针对出现的症状对各种病害产生的原因进 行了分析，并在2000年北二路中段施工时采取了 切实可行的防治措施，最大限度地发挥石灰稳定土的性能，效果明显。

3．1 石灰稳定土成型时弹簧、起皮、拥包的原因分析与防治

　　(1)病害原因分析

石灰稳定土碾压成型时常 会出现局部弹簧、松散并有大面积起皮现象；局部 含水量过大易产生弹簧现象；拌和不均或局部粗细 颗粒离析易导致松散现象；表面过干，平地机薄层 找平易造成大面积起皮；压路机碾压方式不当易产 生拥包。

　　(2)病害防治

为防止上述病害出现，在施工 过程中应注意以下几点：

　　1土块要粉碎，最大尺寸不应大于15mm，且拌 和要充分均匀；

　　2控制好原材料(土、石灰)及混合料的含水 量，拌和时混合料的含水量宜大于最佳含水量l％ 左右，且要拌和均匀；

　　3碾压过程中，石灰稳定土表面应始终保持湿润；

　　4严禁薄层贴补，摊铺时“宁高勿低”，最后整 平时“宁漏勿补”；

　　5碾压时，压路机应遵从“先轻后重”、“先边 后中”、“先慢后快”原则，连续不断地碾压至规定的密实度。

3．2石灰稳定土成型初期隆起、开裂的原因分析与 防治

　　(1)病害原因分析

　　①生石灰中常含有过火石灰。在石灰稳定土成 型后，过火颗粒才逐渐消解，体积膨胀，引起成型后 的石灰土层隆起。

　　②目前，我国不少厂家开始生产袋装生石灰 粉。它在使用时可不需消解，但拌入土中后，因为生 石灰粉在土中消解过程中会放出大量水化热，如碾 压成型过早，会由于生成的水化热过多而使土体积 膨胀，产生隆起现象；成型过晚，则石灰与土之间各 种有利反应作用不能够充分得以利用，且难以压实。

　　③在施工过程中，经常会发现石灰稳定土成型 1-2d之后出现大量裂缝现象，高温季节尤为明显。 这主要是由两方面原因造成的结果：一方面是石灰 稳定土自身含水量过大；另一方面是保湿养生不及 时，水化反应后，石灰稳定土含水量减少，产生干缩 裂缝。

　　(2)病害防治

　　①为消除生石灰中含有的过火石灰而造成的 病害，将生石灰提前10-12d运进施工现场，并进行 充分消解；对于镁质石灰，由于难消解，则需提前 12-15d进行消解，且加水速度不宜过快、过急，以便 于镁质石灰能够充分得以消解。

　　②在使用袋装生石灰时，拌和均匀后，不要急 于碾压，宜闷料3-8h生石灰粉在土中充分消解，水 化热放出后，成型效果最佳。但注意，时间不要拖得过长.

　　③石灰稳定土宜在接近最佳含水量时成型，成型后必须采取有效措施保湿养生，养生期一般为7d 左右，养生期应封闭交通。

3．3 石灰稳定土缩裂的原因分析与防治

　　(1)病害原因分析。石灰稳定土缩裂类型主要有以下三种：

　　①干缩。

　　是由于蒸发和混合料内部发生水化作 用，混合料水分不断减少导致毛细管作用，材料矿 物晶体间水化作用和碳酸化收缩作用等引起材料 产生体积收缩。

　　②温缩。

　　由于不同矿物颗粒组成的固相、液相 (水)和气相在降温过程中相互作用的结果，使半 刚性材料产生体积收缩。

　　③反射裂缝。

　　是由于路基因某一种因素产生的 裂缝反射至石灰稳定土上层而造成裂缝。石灰稳定 土缩裂不但会降低石灰土自身强度，破坏板体结 构，而且会映射到基层、面层，影响工程整体质量， 从而大大降低公路工程的整体使用年限。

　　(2) 病害防治。为防止石灰稳定土基层产生缩 裂，应采取如下措施：

　　①改善土质。石灰稳定土的缩裂性质与土的粘 性有关，粘性越大，则缩裂越严重，最适宜用石灰稳 定土的塑性指数为12-20(搓条法测塑限)；对于塑 性指数大于20的土，适量掺入砂性土以降低塑性 指数或改用其它形式的稳定结合料。

　　②控制压实含水量。石灰稳定土因含水量过多产生的干缩裂缝显著，因而碾压时控制含水量一定 要接近最佳含水量，其含水量应控制在与最佳含水 量的偏差不超出±1％时最好。

　　③严格控制压实标准。实践证明，压实度小时 产生的干缩要比压实度大时严重，因此要尽可能压缩到最大压实度。

　　④干缩的最不利情况是石灰稳定土成型初期， 因此要重视初期养护。保证石灰稳定土表面处于潮 湿状态，防止干晒。

　　⑤石灰稳定土施工结束后要及早铺筑面层，使 石灰土基层含水量不发生大的变化，以减轻干缩裂缩。

⑥温缩的最不利季节是温度在O~IO~C时，尽量 避免在不利季节施工，最好在当地气温进入0℃前 一个月结束石灰稳定土施工，以防在不利季节前产生严重缩裂。

　　⑦掺入适量粗粒料，如碎石、石屑等，不但可以 减少裂缝，而且可以提高石灰稳定土的强度，改善碾压时拥包推挤现象。

　　⑧ 施工前，对出现裂缝的路基进行返工处理， 以便减少反射裂缝的出现。