不同改良剂对红黏土液塑限影响

周代会 王累 张素华 倪静 夏照智

摘要 红黏土是我国南方地区广泛分布的一种典型土壤类型，其具有较高的液塑限，不利于土工工程的施工与建设。为了改善红黏土的液塑限和加强其力学性能，近年来研究人员广泛探索了各种改良剂对红黏土性质的影响。文章将就不同改良剂对红黏土液塑限的影响进行探讨与分析，以期为红黏土的应用提供科学依据和技术支持。

关键词 红黏土；不同改良剂；塑限；影响

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）13-0132-03

0 引言

红黏土在工程建设中经常遇到，由于其含水量高，易流失，影响了土体的稳定性和可塑性，因此需要进行改良以提高其力学性能。目前常用的红黏土改良方法包括添加外部材料来增强它的力学性能，使其满足工程设计要求。而液塑限则是红黏土重要的参数之一，它标志着土体力学性质与变形特性，对于工程建设与设计有着重要意义。该文研究了不同改良劑对红黏土液塑限的影响。实验采用液塑限联合测定法进行实验，通过控制不同浓度的改良剂添加量，比较了三种改良剂——石灰、水泥和粉煤灰在红黏土中的表现。结果表明，三种改良剂均可降低红黏土的液塑限，提高其可塑性，但效果各不相同。该研究对红黏土工程建设具有重要意义，可为工程设计和施工提供更有效的材料选择与技术支持。

1 不同改良剂对红黏土液塑限影响意义

红黏土是一种常见的土壤类型，广泛分布于我国南方地区，其土层深厚、孔隙度低、黏性强，因此在土工工程中被广泛应用。然而，由于红黏土的强度和塑性变化受到许多因素的影响，如水分含量、固结历史、土体结构等，因此对于红黏土的液塑限进行研究具有重要的理论和实际意义。改良剂是一种能够改善土壤物理性质的添加剂，可以改变土壤的力学性质、水力性质和化学性质，在土工工程中被广泛应用[1]。因此，研究不同改良剂对红黏土液塑限的影响，有助于优化土壤的工程性质，提高土壤的可利用性和经济效益。

1.1 有助于优化土壤的力学性质

红黏土由于其黏性强，易于发生塑性变形，因此在土工工程中容易出现塌陷和沉降等问题。而添加改良剂可以改变土壤的力学性质，如增加土壤的抗剪强度和抗压强度，从而提高土壤的稳定性和承载力[2]。此外，改良剂还可以改变土壤的孔隙度和孔径分布，从而改善土壤的渗透性和排水性。因此，研究不同改良剂对红黏土力学性质的影响，有助于提高土壤的工程性能和经济效益。

1.2 对红黏土液塑限的影响有助于优化土壤的水力性质

红黏土的含水量对其力学性质和稳定性有重要影响，因此研究不同改良剂对红黏土的水分含量和水力性质的影响，有助于优化土壤水分管理和保持土壤的稳定性。例如，添加石灰可以提高土壤的pH值，从而改善土壤的结构和排水性；添加有机物质可以增加土壤的有机质含量，从而提高土壤的保水能力和肥力。因此，研究不同改良剂对红黏土的水力性质的影响，有助于优化土壤的水分管理和提高土壤的可利用性。

1.3有助于优化土壤的化学性质

红黏土中的矿物组成和化学成分对其工程性质有重要影响，因此研究不同改良剂对红黏土化学性质的影响，有助于优化土壤的化学性质，提高土壤可利用性。例如，添加硅酸盐可以增加土壤的硅含量，从而提高土壤的抗风蚀能力和生物活性；添加磷酸盐可以提高土壤的磷含量，从而促进植物的生长和发育。因此，研究不同改良剂对红黏土化学性质的影响，有助于优化土壤的化学性质和提高土壤的可利用性。

2不同改良剂对红黏土液塑限影响研究分析

2.1不同改良剂对红黏土液塑限的影响

红黏土液塑限是指红黏土在一定水分条件下，由可塑性状态向液态流动状态转变的临界状态。改良剂的作用是通过改变红黏土的物理和化学性质，从而影响其液塑限。不同的改良剂对红黏土液塑限的影响如下：

（1）石灰：石灰能够与红黏土中的黏土矿物反应，形成氢氧化铝钙和硅酸钙等化合物，从而提高红黏土的稳定性和抗压强度，降低其液塑限。

（2）水泥：水泥与红黏土中的黏土矿物反应，形成水化硅酸钙等化合物，能够提高红黏土的抗压强度和稳定性，降低其液塑限。

（3）砂：砂的添加可以改变红黏土的颗粒组成和结构，提高其排水性和稳定性，从而降低其液塑限。

（4）粉煤灰：粉煤灰可以提高土壤的通透性和稳定性，同时还能够促进土壤中铝离子的沉淀，从而减少其对植物的毒害。

（5）聚合物：聚合物可以与红黏土中的黏土矿物形成化学键，从而形成一种新的复合材料，提高其稳定性和抗压强度，降低其液塑限。

2.2不同类型改良剂的作用机制和适用范围

（1）石灰改良剂可以影响红黏土的液塑限，其作用机理包括以下几个方面：一是石灰与黏土颗粒中的氢氧化铝反应，形成较为稳定的氢氧化铝石灰胶体，从而增加土壤的胶结力，降低其液塑限[3]。二是石灰使土壤中的离子平衡发生变化，从而降低土壤的吸附力和黏着力，使土壤的流动性增加，液塑限降低。三是促进土壤中有机质的分解，从而降低土壤的黏性和塑性，液塑限降低。

石灰改良剂适用于红黏土的液塑限较高的情况，一般适用于液塑限在40%以上的红黏土。此外，石灰改良剂还可以提高土壤的稳定性和抗渗性，适用于土壤改良、路基加固、基础处理等工程中。但需要注意的是，石灰改良剂的使用量和方法需要根据具体情况进行调整，过量使用可能会导致土壤硬化和其他不良影响。

（2）水泥改良剂是可以改善土壤工程性能的添加剂，主要作用是提高土壤的强度和稳定性。红黏土液塑限的主要作用机理：一是与红黏土中的黏土颗粒发生化学反应，形成胶结物，增加土体的密实度和强度。二是可以填充红黏土中的孔隙和缝隙，减少土体内部的孔隙率，从而提高土体的稳定性。三是可以改变红黏土的物理性质，使其从液态或塑性状态转变为半固态或固态状态，从而提高土体的承载力和抗变形能力。

水泥改良剂适用于红黏土等黏性土壤，特别是在道路、桥梁、地基处理和土方工程中的应用较为广泛。但需要注意的是，在使用水泥改良剂时，需要根据具体情况进行控制和调节，以确保其效果和安全性。

（3）砂改良剂是一种可以改善土壤性质的材料，它可以用于改善红黏土的液塑限。砂改良剂的作用机理主要有以下几点：一是增加土壤的孔隙度。砂可以填充土壤中的孔隙，使土壤的孔隙度增加，从而降低土壤的液塑限。二是改善土壤的流变性质。砂的加入可以改善土壤的流变性质，使土壤的黏性和塑性降低，从而降低土壤的液塑限。三是提高土壤的稳定性。砂可以提高土壤的稳定性，使土壤的抗剪强度增加，从而降低土壤的液塑限。

砂改良剂适用范围主要取决于土壤的性质和工程要求。一般来说，砂改良剂适用于黏性土壤和塑性土壤。在工程中，砂改良剂可以用于加固路基、改善土壤的承载力和稳定性等方面。但是需要注意的是，砂改良剂的使用量和方法需要根据具体情况进行调整，以达到最佳效果。

（4）粉煤灰改良剂可以通过以下几个方面对红黏土液塑限进行改善：一是填充作用。粉煤灰中的细粒子能够填充红黏土中的孔隙，减少土壤的孔隙度，从而提高土壤的密实度和稳定性，降低其液塑限。二是化学反应作用。粉煤灰中含有的硅酸盐和氧化铝等成分可以与红黏土中的氧化铁等矿物质发生化学反应，形成新的结晶物质，进而增强土壤的稳定性和抗压性。三是离子交换作用。粉煤灰中的离子能够与红黏土中的离子进行交换，改变土壤的离子平衡，从而改善土壤的物理性质和稳定性[4]。

粉煤灰改良剂适用于红黏土等黏性土壤，尤其是在土壤中含有较多的有机质、铁、铝等成分时，其改良效果更为显著。同时，粉煤灰的添加量也是影响改良效果的关键因素，一般来说，添加量在土壤干重的10%～20%之间较为适宜。

（5）聚合物改良剂是指一类可溶于水的高分子化合物，通过与红黏土液塑发生化学反应或物理吸附作用，改变其物理和化学性质，从而提高其工程性能和使用寿命。其作用机理包括：一是增强红黏土液塑的稳定性和可塑性：聚合物改良剂可以通过吸附或化学反应作用，增强红黏土液塑的稳定性和可塑性，使其在施工过程中不易干燥或流失，同时提高其可塑性，方便进行成型和加工。二是改善红黏土液塑的强度和耐久性：聚合物改良剂可以与红黏土液塑中的水分子形成氢键或离子键，从而增加其强度和耐久性，同时减少其收缩和开裂；三是提高红黏土液塑的抗渗性和抗腐蚀性：聚合物改良剂可以在红黏土液塑中形成均匀的分散体系，从而提高其抗渗性和抗腐蚀性，同时减少其渗漏和腐蚀。

聚合物改良剂适用于各种类型的红黏土液塑和各种环境条件，如矿渣红黏土、土工布红黏土、煤矸石红黏土等以及高温、低温、干旱、湿润等环境条件下的红黏土液塑限制性工程。

3实验分析

3.1案例分析

在某工程项目中，需要处理一片面积为10 000 m2的红黏土场地。经过原位试验和室内试验，得出该场地的液限、塑限以及塑性指数分别为63.3%、31.5%和32.8%，由于其液限>50%，塑限>30%，塑性指数>26，因此判定該区域红黏土属于高液限土。为了提高土壤的强度和稳定性，决定采用石灰、水泥和粉煤灰三种改良剂进行处理。

3.2实验方案

该实验选择的改良剂是用占干土质量确定，其中石灰、水泥和粉煤灰分别选择0%、5%、10%、12%。从现场采集红黏土土样，将其在室温下干燥至恒重，并进行碾碎操作，然后用2 mm筛筛选，每组界限含水率试验需要配置3个不同含水率的土样，每份红黏土样规定为200 g，并且按规定上述掺量加入改良剂，与土均匀搅拌均匀，最后加入相应质量的普通纯净水搅拌均匀后装入袋子中密闭静置24 h。

3.3 实验结果

界限含水率试验结果如表1～3所示。

通过实验结果可以看出，不同的改良剂对红黏土的液塑限有不同的影响，同时改良剂的浓度对红黏土液塑限的影响也相对较大。随着改良剂浓度的增加，可以看出水泥的改良效果最好，可以将液塑限降至最低。当水泥改良剂浓度较低时，其对红黏土的塑性限影响较小，土壤的塑性限基本上不会受到影响。但是，当水泥改良剂浓度较高时，其会与土壤中的黏土颗粒发生反应，形成新的化合物，从而导致土壤的塑性限降低[5]。其次，石灰和粉煤灰的改良效果稍逊，但是仍然能够显著提高土壤的强度和稳定性。因此，在实际工程中，需要根据土壤的性质和工程要求，选择适当的水泥改良剂浓度，以实现最佳的土壤改良效果。同时，还需要注意加水泥改良剂的混合时间和方式，以确保其充分与土壤混合，并达到最佳的改良效果。

4 结语

综上所述，不同的液塑限改良剂对红黏土的液塑限均有一定影响。选择合适的改良剂可以有效地改善红黏土的液塑限性能，提高土壤的工程性能和稳定性。然而，不同的改良剂存在着一些局限性和适用范围，需要根据实际工程需求进行合理选择。未来的研究可以从改良剂的组合应用、改良剂与土壤微结构的作用机理等方面进行深入探究，为红黏土的液塑限改良提供更为科学的理论基础和实践指导。

参考文献

[1]任宝行. 不同改良剂对红黏土液塑限的影响研究[J]. 北方交通， 2023（1）： 53-55.

[2]乔建刚， 王敏. 化学改良红黏土作用模型研究[J]. 应用化工， 2022（4）： 956-960.

[3]李淑芹， 刘宇轩， 张美桃， 等. 不同改良剂对河套灌区盐碱土入渗特性及水盐分布的影响[J]. 水土保持学报， 2023（1）： 296-303.

[4]李彬， 李跃飞， 陶加乐， 等. 不同改良剂对设施退化土壤的改良效果[J]. 贵州农业科学， 2022（12）： 35-43.

[5]董金玉， 赵亚文. 不同含水率下高低液塑限红黏土抗剪强度特性研究[J]. 华北水利水电大学学报（自然科学版）， 2018（3）： 84-87.