一种桥接-胶结的片状软岩土材料以及制备方法

本申请涉及路基填料改良，具体涉及一种桥接-胶结的片状软岩土材料以及制备方法。

背景技术：

0、技术背景

1、片状岩如页岩、千枚岩、板岩由于其风化程度高且期硬度低，在路基填筑过程中迅速破碎，但仍保持其片状特性。一部分片状软岩颗粒在压实过程中呈面-面接触，而另一部分颗粒呈点-点接触或点-面接触，从而形成架空大孔隙。架空大孔隙的孔径较大，透水性强，是水侵入路基的主要通道，造成片状土颗粒吸水膨胀而崩解，使路基发生膨胀、侵蚀等，给路基长期稳定性造成危害。

2、采用传统的水泥、石灰改良片状软岩时，如果采用水泥、石灰掺量较大时，可以达到较好的效果，但这样会增加工程造价。当水泥掺量较少时(不大于3%时)，在养护过程中水泥主要发生水化反应与硬凝反应，在压实土体内生成网状胶结，大大降低土的渗透性。但是限于生成针状晶体长度的限制，这些针状晶体仅在接触点或者颗粒距离较小的地方生成，并不能在架空大孔隙中形成，这些残存的大孔隙仍是水侵入压实土体的通道。另外由于水泥掺量较少，其形成的胶结物不能完全包裹片状软岩土颗粒，仍会发生吸水膨胀而崩解，给路基长期稳定性造成危害。

3、若单独采用细粒土充填来降低片状软岩土的渗透性，可以减小架空大孔隙的数量，也可降低片状软岩土的渗透系数，但细粒土软岩土颗粒均为粉土或黏土颗粒，其浸水稳定性很差，遇水会迅速崩解，路基浸水后会迅速失去强度。

4、因此，减小压实片状软岩土颗粒之间的大孔隙及浸水稳定性是片状软岩土应用于路基填料亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，一种桥接-胶结的片状软岩土材料，通过在片状软岩土中，加入细黏土，在加水后闷料后，加入普通硅酸盐水泥，通过桥接-胶结联合作用，降低压实片状软岩土架空大孔隙的数量，从而获得一种压实初期及养护完成时其渗透系数均很小的压实填料，以达到浸水稳定的目的。

2、本发明采取的技术方案是：一种桥接-胶结的片状软岩土材料，所述桥接、胶结的片状软岩土中的水泥胶结起胶结作用，细黏土起桥接作用，细黏土使水泥可在架空大孔隙中形成网状胶结，两者联合作用降低了压实土架空大孔隙的数量；使一种桥接-胶结的片状软岩土材料为极低渗透等级；所述桥接、胶结的片状软岩土包含水泥、片状软岩土、细黏土；所述细黏土包括普通黏土、红黏土、普通粉质黏土。

3、进一步地，所述水泥使用量为片状软岩土和干细黏土质量 的3%~6%，细黏土的使用量为片状软岩土质量的20%~40%。

4、一种桥接-胶结的片状软岩土材料的制备方法，具体步骤为：在干质量为m0的片状软岩土加入质量为m1的干细黏土，其中m1=0.2~0.4倍的m0。细黏土可以采用普通黏土、红黏土、普通粉质黏土等，细黏土中小于0.075mm粒径的细黏土质量百分比大于细黏土总质量的75%，加入细粒土后充分混合均匀。

5、进一步地，上述的混合土需要加入m3质量的水，其中m3=0.16~0.20×(m1+m0)，拌合均匀后装入密封塑料袋，闷料24小时，温度在5~40°，达到水分在土中均匀分布。

6、进一步的，闷料完成后，加入m4质量的普通硅酸盐水泥，m4=0.03×(m1+m2)，拌合均匀后，在1小时之内完成击实或压实，压实后密度控制为不低于1.88g/cm3。

7、进一步的，可在压实初期进行渗透系数和崩解性进行测定。在压实初期，水泥来不及水化并与土颗粒发生反应，此时降低渗透系数的主要是细黏土的作用，由于其颗粒较小，可以充填于压实片状软岩土形成的大孔隙，从而在初期降低渗透性起主要作用，对减缓水对路基侵害。

8、进一步的，压实填料养护28天后，细黏土在大孔隙中起桥接作用，水泥起胶结作用，不但可以在片状软岩土颗粒接触点处生成针状晶体胶结，还可能通过细黏土在大孔隙中的桥接作用而形成网状胶结。网状胶结隔断了大孔隙的连通性，从而减小了大孔隙并能大幅降低土的渗透性，从而增强改良填料的整体浸水稳定性，使一种桥接-胶结的片状软岩土材料为极低渗透等级。

9、本发明的有益效果在于：

10、（1）本发明中掺入的细黏土，在压实初期，可以在片状土颗粒起级配与充填作用，在压实时即可以降低孔隙率。与传统单独加入3%的水泥时，压实时的渗透系数从片状土的89.06×10-6cm/s，降低至76.73×10-6cm/s。而加入20%细黏土时，降低至78.62×10-6cm/s；加入40%的细黏土时，降低至58.43×10-6cm/s，表明20%细黏土与3%的水泥降低渗透系数相当，40%细黏土明显优于3%的水泥，从而减小压实初期由于渗透对路基的侵害。

11、（2）在养护28天后，传统的水泥改良片状土仅能在片状颗粒接触点处生成针状胶结物，由于其生成长度不足以连接大孔隙，因此在大孔隙中很难形成网状胶结。采用本发明提供的方法，在大孔隙中充填一定数量的细黏土，细黏土在大孔隙中起搭桥作用，可以使较短的针状胶结在大孔隙中可以形成，从而阻断大孔隙的连通性。细黏土和针状胶结联合作用进一步降低土的渗透系数，两者联合后渗透系数k为：3%水泥+20%细黏土降低至12.08×10-6cm/s，3%水泥+40%细黏土降低至8.89×10-6cm/s，后者将片状土的渗透等级从低渗透性降低至极低渗透性，渗透性与土的崩解线性相关，因此可以降低片状土的崩解性，增强土的浸水稳定和地下水渗流时的稳定性。

12、(3) 细黏土和水泥具有相互辅助效果，即协同作用。以3%水泥+40%细黏土组合养护28天为例，3%水泥单独改良片状土时，相对片状土渗透系数降低了50.16%；40%细黏土单独改良片状土时，渗透系数降低了34.3%；采用3%水泥+40%细黏土联合改良片状土时，渗透系数降低了90.0%。采用联合改良降低幅度大于单独改良时之和，即采用联合改良现了“1+1>2”，因此联合改良相对传统单一改良优势明显。

技术特征：

1.一种桥接-胶结的片状软岩土材料，其特征在于，所述桥接、胶结的片状软岩土中的水泥胶结起胶结作用，细黏土起桥接作用，在片状软岩土颗粒接触点处生成针状晶体胶结，细黏土使水泥可在架空大孔隙中形成网状胶结，两者联合作用降低了压实土架空大孔隙的数量；

2.根据权利要求1所述的一种桥接-胶结的片状软岩土材料，所述水泥使用量为片状软岩土和干细黏土质量的3%~6%，细黏土的使用量为片状软岩土质量的20%~40%。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种桥接-胶结的片状软岩土材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特在在于，所述m1=0.2~0.4倍的m0。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述细黏土为普通黏土、红黏土、普通粉质黏土。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述细黏土中小于0.075mm粒径的细黏土质量百分比大于细黏土总质量的75%，所述细黏土平均粒径为片状软岩土的1/5~1/10。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述m3=0.16~0.20×(m0+m1)。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述m4=0.03~0.06×(m0+m1)。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述完成击实或压实后的密度控制为不低于1.88g/cm3。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述闷料的温度5~40°。

技术总结本申请涉及一种桥接‑胶结的片状软岩土材料，桥接、胶结的片状软岩土中的水泥胶结起胶结作用，细黏土起桥接作用，在片状软岩土颗粒接触点处生成针状晶体胶结，细黏土使水泥可在架空大孔隙中形成网状胶结，两者联合作用降低了压实土架空大孔隙的数量；所述桥接、胶结的片状软岩土包含水泥、片状软岩土、细黏土。本发明中掺入的细黏土，在压实初期，可以在片状土颗粒起级配与充填作用，在压实时即可以降低孔隙率。在养护28天后，在大孔隙中充填一定数量的细黏土，细黏土在大孔隙中起搭桥作用，可以使较短的针状胶结在大孔隙中可以形成，从而阻断大孔隙的连通性，将片状土的渗透等级从低渗透性降低至极低渗透性。技术研发人员：赵秀绍,周志杰,胡洲,莫林利,赵林浩,邓琪,李云帆,方焘受保护的技术使用者：华东交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2