[发明专利]石灰改性土的配比以及确定配比的方法和配制使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石灰改性土的配比以及确定配比的方法和配制使用方法，应用于文物古建筑保护、土木工程、地基道路桥梁等领域。

背景技术

使用石灰改性土在中国已有几千年的历史，曾有报道称世界上最古老的混凝土就是采用石灰改性土，而今天，我们仍然能够看到用土砌筑的民居。

传统做法是添加20-30％的灰到土中(所谓2/8灰土和3/7灰土)，但是这类灰土应用到干燥地区，如平遥的城墙顶部防渗时，经过若干年后强度有提高，但是在用于墙面加固时，灰土的强度经过数年后仍然很低，所以在2000-2006年间在平遥按照传统方法施工的补强后的墙面仍然发生不同程度的坍塌。由于石灰等原材料的成本上涨，传统的2/8灰土，3/7灰土不具有经济性，也不节约资源，不符合低碳经济的趋势。

从1991到2005年的14年中，德国的多家研究机构对“石灰改性不耐冻土”进行了全面细致的研究，阐明了石灰改性土的基本化学原理，对适合改性的土的类型、适用的胶凝材料、配比、固化时间、达到的理想强度、夯筑厚度等进行了比较详细的科学的分析。

由于德国没有黄土，德国研究的石灰改性土都是针对道路地基用土，这些土与中国中西部的黄土没有可比性，而且德国交通部门关于改性土的研究均是在封闭的无碳化的条件下进行的，在干燥开放条件下土的改性方面缺乏科学的研究。到目前为止，中国还没有人对干旱条件下的石灰改性加固黄土进行科学的研究及开发。

近几年我国的道路桥梁有关的研究单位对土的改性侧重于粉煤灰、水泥等材料的研究。在解译石灰改性土的科学原理方面，以及在文物保护的基本原则的前提下进行最佳的添加石灰类型及比例研究，在中国还是空白。

以平遥地区为代表的西部黄土含有较少的粘土，粘土含量在5-15％左右，该类土在工程上称为粉土，即含有很多微细粉砂的土。

粘土矿物是微小的层状硅酸盐，它吸水膨胀，干燥时收缩，它具有一定的粘结作用，使得干燥的含水低的土具有一定的强度。但是，正是由于粘土的吸水膨胀，使得没有改性加固的土不耐水，不耐冻，在水的作用下崩解。

用该类黄土夯筑的城墙、建筑等文物古迹很多，如何保护加固这些土质的文物古迹成为今天最具有挑战的工作。

从化学角度来看，石灰改性土包含了黄土中的粘土矿物在石灰的作用下的分解与石灰与分解的产物发生固结反应两个化学过程。

第一个过程为石灰分解粘土矿物：在石灰的作用下，粘土矿物被分解掉，即：

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O+nH₂O→Al₂O₃·nH₂O+2SiO₂·nH₂O+nH₂O

↑↑

(pH＝＞13)

分解出的Al₂O₃·nH₂O和SiO₂·nH₂O与石灰反应形成钙/铝硅酸盐，一种类似水泥的水化产物，胶结土中的粉沙颗粒，使土的强度整体提高。

我们称这个反应为分解-胶凝反应。分解反应破坏粘土矿物，胶凝反应生成钙/铝硅酸盐，使土的强度提高。

胶凝反应的化学方程式为：

2SiO₂·nH₂O+3Ca(OH)₂+mH₂O→3CaO·2SiO₂·3H₂O+nH₂O

2Al₂O₃·nH₂O+3Ca(OH)₂+mH₂O→3CaO·2Al₂O₃·6H₂O+nH₂O

根据上述理论，土中的石灰的最佳添加量应该是：添加的石灰保证使粘土矿物的分解彻底，并使胶凝反应充分完成。

发明内容

本发明提供的一种石灰改性土的配比以及确定配比的方法和配制使用方法，生产出的石灰改性土的强度明显增加，在较短的时间内达到抗压、耐水、耐冻，养护简单，质量容易控制，且节约资源，环保经济。

为了达到上述目的，本发明提供一种石灰改性土的配比，包含：

重量比为90-94％的黄土；