废弃橡胶轮胎颗粒混合膨胀土路用性能研究

2018-01-11杨庆刚王雨飞

山西建筑 2017年36期

杨庆刚王雨飞

(1.南京地铁建设有限责任公司，江苏南京 210000； 2.南京工程学院建筑工程学院，江苏南京 210000)

0 引言

交通运输业的大力发展，废弃橡胶轮胎也日益增多，不当处理势必会造成环境污染和资源浪费。利用废弃橡胶颗粒质轻、抗压等特性，将其应用于道路工程中具有较好的应用优势[1,2]。膨胀土由于其高塑性、水胀性，以及多裂缝性，使得与膨胀土相关的填土工程长期存在潜在隐患，裂缝对道路路基的坚实性和稳定性造成了一定影响，各类自然灾害频发，故对膨胀土的改良已是刻不容缓[3]。

废弃橡胶颗粒用于改良膨胀土的材料组成设计、强度形成机理、物理力学性能分析等还缺乏相对详细的研究，故本次通过室内试验探讨废弃橡胶轮胎对膨胀土改良的可行性。

1 实验材料

1.1 膨胀土

选取土样为硬塑型的棕黄色粉质粘土。

液限为39%，塑限为17.5%，天然含水10.7%。以粉粘粒为主，砂粒含量很低，具有弱或中膨胀土的性质，且其不均匀系数为15(大于10)，曲率系数为1.67(介于1～3之间)，级配良好。

1.2 废弃橡胶轮胎颗粒

本次实验考虑到工程能力和经济性。颗粒过大，否则易导致膨胀土与胶粒结合不牢，颗粒过小将导致成本增加，因此粒径选择为20目。

2 实验方案

2.1 实验方案变量选择

掺胶率:10%,15%,20%,25%；含水率：15%,16.7%(最优含水率),18%,21%。

2.2 实验内容

通过无侧限抗压强度试验，直剪试验，承载比试验探究橡胶颗粒的最佳掺量以及混合土的物理力学性能，并通过扫描电镜实验进一步研究混合土的强度形成机理。

3 实验

3.1 无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度试验主要研究废弃橡胶颗粒混合土与含水率、掺胶率、养护时间的关系。

养护时间：选取不同含水率的四种试样，分别进行7 d,14 d,28 d无侧限抗压强度试验得到如下关系，试验结果如图1所示。由图1可知，同一掺胶率下，随着养护时间的增加，无侧限抗压强度逐渐增加，考虑由于水和土充分结合，且与橡胶粘结程度提高。

含水率：分别对含水率15%,16.7%,18%,21%的试样进行无侧限抗压强度试验，试验结果如图2所示。从图2可以看出，当含水率约为16.7%时，即最优含水率时得到强度最大值。并从试验中发现，当含水率较低时，试件破坏速度快，而含水率较高时，则维持较久后缓慢破坏，分析原因是由于橡胶颗粒自身具有弹性，且起到了骨架作用，故可适当增加含水率来提高路基的长期稳定性。

掺胶率：选取最优含水率(16.7%)下0%,10%,15%,20%,25%橡胶掺量，进行无侧限抗压强度实验，试验结果如图3所示。由图3可得随着掺胶率的增加，无侧限抗压强度先上升后下降。当掺胶率过高时，无侧限抗压强度显著下降，考虑是由于掺胶率过多导致土粒松散，无法与水充分结合，而橡胶又无法提供足够的强度。掺胶率在20%时基本达到强度最大值。

3.2 直剪试验

研究在最优含水率(16.7%)下，10%，15%，20%，25%橡胶颗粒含量的混合土的抗剪强度，试验结果如图4所示。由图4可以看出，随着橡胶颗粒含量的增加，内摩擦角变化不大。10%～20%橡胶颗粒含量与抗剪强度呈现正相关，而当橡胶颗粒含量达到25%时，抗剪强度反而减小，故橡胶颗粒含量在20%左右时对路基的抗剪能力有较大提升。

3.3 承载比试验

研究纯土和掺胶率分别为10%，15%，20%，25%混合土的承载比试验结果如图5所示。由图5看出，当掺胶率为10%时，承载比较高，但橡胶含量低，不能有效降低路基自重，故不考虑作为路基的最佳掺胶率。当掺胶率为20%和25%时的承载比都较低，且25%掺胶率时的承载比基本不变，考虑由于掺胶率过高导致混合土较为松散，且橡胶自身弹性力不足以抵抗局部载荷。因此，当橡胶作为路基填料时，其掺量不应小于15%。

3.4 扫描电镜分析试验

制作养护龄期为7 d，掺胶率为10%，15%，20%，25%的4个样品，置于扫描电镜下分析其表面形态，如图6～图9所示。由图6～图9可见，当掺胶率为10%时，在胶粒周围存在不规则的较大裂缝。当掺胶率为15%～20%时，橡胶和土的混合相对完好，接缝处无较大裂缝。而当掺胶率上升到25%时，土与胶粒发生剥落和黏附现象，故考虑掺胶率在15%～20%时，土与橡胶的粘结程度最高。