论文导读：膨胀土是一种具有吸水膨胀，失水收缩的黏性土，其主要粘土矿物成分是蒙脱石和伊利石，或伊利石—蒙脱石。粉煤灰是燃煤电厂中，随烟气从锅炉尾部排出的，经除尘器收集下来的固体颗粒状材料，简称飞灰或灰，是燃煤电厂的排除的主要固体废物。石灰石一种无机的胶结材料，既能在空中硬化，也能在水中硬化。
关键词：膨胀土，胀缩机理，石灰，粉煤灰，改良机理
1前言
1.1膨胀土的定义
膨胀土是一种具有吸水膨胀，失水收缩的黏性土，其主要粘土矿物成分是蒙脱石和伊利石，或伊利石—蒙脱石。应该指出的是吸水膨胀和失水收缩是黏性土的共性，亦是其区别于非粘性土的主要特性之一，只有当黏性土的胀缩性增大到一定程度，产生膨胀压力或收缩裂缝，并足以危害建筑物的稳定与安全时，才可将其作为一种特殊土从土中独立出来，称“膨胀土”。
2.2膨胀土的分布
在我国膨胀土分布很广，如云南、广西、贵州、湖北、湖南、河北、河南、山东、山西、四川、陕西、安徽等省区不同程度地都有分布，其中尤以云南、广西、贵州及湖北等省区分布较多，具有代表性。膨胀土一般分布在二级及二级以上的阶地上或盆地的边缘，大多数是晚更新世及其以前的残坡积、冲积、冲积物，也有新第三纪至第四纪的湖相沉积物及其风化层；个别分布在一级阶地上。
2膨胀土的工程性质
2.1胀缩机理
双电层理论认为：黏粒表面带有一定量的负电荷，由于静电引力的作用，孔隙水溶液会吸引水中的阳离子到土粒表面上来。带有负电荷的黏土矿物颗粒表面与吸附的水化阳离子层合起来成为双电层。双电层内的离子对水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在电场力的作用下定向排列，在黏土矿物颗粒的周围形成表面结合水（水化膜）。由于结合水膜增厚“楔开”土颗粒，从而使固体颗粒之间的距离增大，导致土体膨胀。
2.2胀缩效应
在深层没有经历风化的天然状态下，膨胀土的强度高，压缩性低。当膨胀土被人为扰动或暴露、近地表时，将导致土中含水量的变化，由于其水稳定性极差，土中水分的吸收或流失将使其体积和强度、变形性质发生强烈变动。论文格式。在土体含水率增加时，土粒表面的双电层不断加厚，结合水膜厚度增加导致土粒间距离增加，连接力减弱，从而使土体体积增加，强度降低，压缩性增大；在土体含水率降低时，由于含水率在空间上分布不均匀性，土体产生非均匀收缩，产生大量的收缩裂缝，破坏土体整体性，还可能产生与之接触的结构产生拉裂，在土块强度增加的同时，土体强度由于裂隙扩展而降低。裂隙的扩展为雨水或地表水的进入开启了方便之门，于是天气的变化进一步导致了土中含水量的波动和胀缩现象的反复发生，进一步导致了裂隙的扩展和向土层深部的发展，是土体的强度大为降低，丧失承载能力和自身稳定性。
膨胀土由于存在遇水体积膨胀、失水体积收缩的胀缩效应，常常导致修建在膨胀土上的建筑物，特别是轻型建筑、公路、铁路等工程建筑的破坏，另外由于雨水的作用的作用，膨胀边坡也常常失稳，给人民生命财产安全带来严重危害。
3膨胀土的改良机理
3.1膨胀土的改良思路
膨胀土的体积变化与物理力学性质变化是相互关联的，改良膨胀土的主要原理在于改善膨胀土的水稳定性，降低膨胀土的胀缩变形，减少土体变形和强度特性的水敏感性。膨胀土的改良思路如下：通过物理、化学过程降低土粒分散程度，让土粒互相集聚形成结构较为牢固的团粒结构，增加土里间的连接力，提高土体水稳定性。通过反离子层的阳离子置换，用高价阳离子代替原来的低价阳离子，从而使反离子层厚度即结合水膜厚度降低，减少吸附能力和膨胀能力。通过化学反应，用键能较大的离子代替键能较小的离子，在土体中形成连接力较大的网状空间结构化学生成物，使土体的结构强度和水稳定性得到显著的提高。
3.2粉煤灰改良膨胀土机理
粉煤灰是燃煤电厂中，随烟气从锅炉尾部排出的，经除尘器收集下来的固体颗粒状材料，简称飞灰或灰，是燃煤电厂的排除的主要固体废物。粉煤灰是一种可有效改良膨胀土的添加剂，在膨胀土中掺入粉煤灰，存在离子交换作用与硬凝反应，可降低膨胀土的胀缩效应并提高膨胀土的强度。
3.2.1离子交换作用
粉煤灰与膨胀土混合后，在一定含水量条件下能与土体相互作用，产生离子交换作用（粉煤灰中高价阳离子置换出膨胀土中的低价阳离子),可有效降低膨胀土的塑性指数、活性指数以及胀缩性等，并导致土中细粒成分团聚形成相对粗粒成分。粉煤灰中可以用于离子交换的高价离子，如Ca 、AI 和Fe等，可促使粘土颗粒速凝。论文格式。
3.2.2硬凝反应
粉煤灰中含有一定量的无定形的SiO 和AIO ,他们的存在使粉煤灰与土作用时能产生硬凝反应。由于硬凝反应，形成水化硅酸钙和水化水化铝酸钙凝胶体，可以有效提高膨胀土的强度并抑制膨胀土的体积变形。但膨胀土中掺入粉煤灰并不能立即发生硬凝反应，她需要一段养护时间才能发生并逐步发展起来。
3.3石灰改良膨胀土机理
石灰石一种无机的胶结材料，既能在空中硬化，也能在水中硬化。石灰的性质取决于活性CaO和MgO的含量，其含量越高，活性越大，胶结能力越强。石灰改良膨胀土的过程既有物理作用，又存在化学反应，两者共同作用促使土体性质发生根本变化。
3.3.1离子交换作用
石灰加入土中后，在水的参与下离解成Ca和OH 离子，Ca可与Na 、K发生离子交换，使胶体吸附层减薄，ζ电位降低；使膨胀土分散性，坍塌性、亲水性和膨胀性降低，塑性指数下降，使黏土胶体絮凝，土骨架形变降低，使石灰土获得初期的水稳定性。
3.3.2碳酸化作用
Ca(OH)和Mg(OH)在土中还会不断和空气中的CO反应，生成具有较高强度和水稳定性的CaCO和MgCO坚硬固体颗粒。由于CaCO对土体的胶结作用使得土体加固，形成石灰稳定土，此作用过程相当长，形成石灰土的后期强度。
3.3.3凝硬反应
石灰加入土中后，经过物理作用和化学作用，石灰改良土发生团聚，随之生成胶凝物，形成凝胶团聚结构。随着龄期的增长，棒状及纤维状结晶体生成，并不断生长，形成了结晶体的网状结构。随着龄期的继续增长，胶凝结构层加厚，结晶体的网架加密，形成了胶凝结晶的网状混合结构。
3.3.4胶结作用
这种作用对石灰改良膨胀土的强度提高其决定性作用。在这个过程中适量的石灰和水可同土中大量存在的硅、铝或者同时作用，产生较强的黏结物质，还会提供一种高碱性的环境。在这种高碱性的环境中，主要生成氢氧化钙和氢氧化铝，结果将使土的强度有大幅的提高，土的结构也发生大的变化。论文格式。火山灰反应是土中的活性硅、铝矿物在石灰的碱性激发下解离，在水的参与下与Ca(OH)反应生成含水的硅化钙和铝酸钙等胶凝物。这些胶凝物逐渐由凝胶状态向晶体状态转化，使石灰改良土刚度不断增大，强度和水稳性不断提高。
3.4石灰、粉煤灰共同作用的改良机理
粉煤灰和膨胀土的胶凝反应进行较慢，早期强度不高，而粉煤灰中含有大量活性SiO 和AIO,在石灰存在的情况下，水化生成胶凝性物质（水化硅酸钙和水化硅酸铝），胶结膨胀土颗粒，在膨胀土颗粒间形成网状连接，提高早期强度。石灰和粉煤灰混合治理膨胀土，能发挥相互促进的特点，使膨胀土的早期强度提高，后期强度稳步增长。石灰、粉煤灰混合料改良膨胀土，早期发生离子交换和团粒话作用，减薄了土粒吸附水膜的厚度，使土体塑性降低，最大干密度减小，最佳含水率增大，促使较大的土团粒进一步联合，土粒之间形成较强的联结。
4展望
（1）、物质成分和结构特征是膨胀土发生胀缩变形的本质原因，而水是胀缩变形发生的主要诱发因素。石灰、粉煤灰具有改良膨胀土的优良特性。（2）、火电厂燃煤发电产生的大量副产品粉煤灰的堆放不仅占用大量的土地资源，也带来了严重的环境问题。而粉煤灰在改良膨胀土方面具有充分的可行性，所以我们可以充分利用工业废物粉煤灰在工程上改良膨胀土，达到保护环境，变废为宝，废物再利用的目的。另外粉煤灰容易获取，几乎没有材料成本，其改良膨胀土的费用低，经济合理。（3）、石灰来源广泛，价格低廉，改良膨胀土的效果安全可靠。（4）、石灰、粉煤灰改良膨胀土的方法已在工程中得到了有效应用，并将会在今后工程中得到更广泛的应用。
参考文献：
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