木质素改良土微观结构分析

尹博坦 付星 阿不都拉·木沙 李方舟 徐金超 于壬杨

摘  要：选择工业副产品木质素作为改良剂对粉土质砂进行改良，采用SEM试验并对扫描电子显微镜后所得的图像用图像处理软件进行处理。通过不同木质素掺量下粉土质砂粒径、孔隙直径、丰度等参数的变化情况，分析其微观结构的变化。

关键词：粉土质砂;SEM;微观结构

中图分类号：U414         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）33-0028-03

Abstract： Lignin， an industrial by-product， was selected as an improver to improve silty sand. SEM test was used to process the image obtained by scanning electron microscope （SEM）. Through the changes of silty sand particle size， pore diameter and abundance under different lignin content， the changes of microstructure were analyzed. Keywords： silty sand; SEM; microstructure

引言

随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用，是当代经济与社会发展的重大课题，也是对当代科学技术提出的新要求[1]。木质素作为一种芳香类生物聚合物具有可再生、可自然降解的优点[2]。本文对不同木质素掺量的改良土进行微观试验，研究其微观结构变化。

1 试验材料及试验方法

1.1 试验材料

本文所采用的试验用土的基本物理指标如表1所示。

根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）[3]结合表1分析判定，该试验用土为粉土质砂（SM）。通过重型击实试验得到土体最大干密度为2.05g/cm3，最优含水率为7.7%。

1.2 试验方法

本文对不同灰土质量比的木质素改良土进行扫描电子显微镜试验，并对电镜图像进行一系列处理得出其微观参数数据。

2 试验结果分析

2.1 SEM试验图像图1为放大200倍的电镜图像。从中可以看到，素土颗粒较为分散有明显孔隙，而木质素改良土中土体中孔隙不明显结构更加密实。

2.2 土颗粒粒径与孔隙大小分布本文土颗粒的粒径按照≤5μm、5～20μm、20～50μm、≥50μm的标准分成4类，孔隙直径按照≤5μm、5～20μm、≥20μm的标准分成3类。各个范围内土颗粒粒径与孔隙直径个数占总体的百分含量的统计结果如图2所示。

从图2就颗粒粒径来看，素土中大颗粒含量较高、小颗粒含量较少，这与粒度成分分析相符合。随着木质素掺量的增加，土体中小颗粒含量先增加后减小，处在20～50μm的颗粒粒径含量增加，而大于50μm的土颗粒粒径含量减少。说明木质素的掺入增加了粉土质砂中黏粒的含量，但随着木质素掺量的增加，木质素包裹着土颗粒形成较大的团聚体，小颗粒团聚成大颗粒且粒径主要集中在20～50μm。就孔隙直径来看，素土和木质素改良土均存在较多的中孔径5～20μm。随着木质素掺量的增加，大孔隙随着木质素掺量的增加变化没有明显规律。其中大孔隙是土体强度大小的关键，而6%时大孔隙含量最小，最有利于其强度的提高。

2.3 土颗粒与孔隙的丰度丰度指测量对象的短轴和长轴之比，其值可以用来反映测量物体的形状。不同木质素掺量下土颗粒与孔隙的丰度分布如图3所示。

由图3可知，颗粒丰度越大说明颗粒越接近圆形，而光滑的土颗粒其粘聚力较小，由此可知木质素掺量为9%～15%时土体粘聚力较小。孔隙的丰度整体集中在0.5左右。在丰度为0.4～0.5、0.7～0.9时，木质素掺量增加架空孔隙含量越多，高掺量的木质素不利于提高土体的密实性。

3 结论

通过用木质素对粉土质砂进行改良，探究不同木质素掺量对土体颗粒微观结构的影响，可以得到以下结论：

（1）木质素掺量为6%时，有利于提高土体强度。

（2）木质素掺量为9%～15%时土体粘聚力较小;高掺量的木质素不利于提高土体的密实性。

参考文献：

[1]吴文娟，宜勇钢，王琛，等.木质素在沥青中的应用研究进展[J].中国造纸学报，2017，32（4）：60-65.

[2]赵斌元，胡克鳌，吴人洁.可持续发展的资源——木质素[J].材料导报，1999，13（1）：51-53.

[3]JTGE40-2007.公路土工试验規程[S].北京：人民交通出版社，2007.