掺加材料对黏土密度的影响探究

魏静

摘 要 通过掺加不同含量、不同粒径的建筑垃圾再生微粉粒或砂砾石，测定混合黏土密度，研究掺加材料对其密度的影响。结果显示，满足一般土壤对密度要求的掺加量有：1）直径2～3 cm的砂砾石，掺加10%～30%;2）直径≤1 cm的建筑垃圾再生微粉粒，掺加量10%～40%;3）直径1～2 cm的建筑垃圾再生微粉粒，掺加量10%～20%;4）直径2～3 cm的建筑垃圾再生微粉粒，掺加量10%～30%。

关键词 建筑垃圾再生微粉粒;砂砾石;密度

中图分类号：TU411 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.15.098

在世界范围内，黏土集中分布在北纬60°至南纬50°的40多个国家与地区，遍及六大洲。我国便是黏土广泛分布的国家之一，特别是在长江与黄河的中下游、南部沿海以及西南广大地区的各种工程建设中，黏土非常常见[1]。黏土排水、通透气不良，水气状况不利于农作物的生长发育，易造成作物秧苗腐烂。张平和胡毅夫[2]在利用石灰改良重黏土土质方面进行了相关试验研究，得出了最佳掺量及相应土质特性改良效果。钟敏雄等[3]在利用康耐固化剂改良重黏土土质方面进行了相关试验研究，得出了土质物理力学性能及强度变化的规律。贾德义等[4]在重黏土中掺加粉煤灰，在每667 m2施灰30 t时，较对照田增产107.9%，后效作用显著。朱丽英等[5]采用棉花膜下软管灌溉栽培技术发展棉花产业，增产增收效果显著。Tovey[6]从土体结构的角度出发，借助于计算机图像处理系统对重黏土的微结构进行了定量分析。Allam、Day、Al-homoud等[7-9]通过试验研究发现，含水率的改变对重黏土的物理力学性质有着非常显著的影响。Celal等通过大量的试验研究了石灰对重黏土的改良作用[10]。Rivard等[11]建立了黏质土最大干密度与最佳含水量之间的关系。

许多专家、学者和工程技术人员对重黏土的基础理论与工程适用性都从不同的角度进行了大量研究工作，取得了大量有益的实用性成果，但应用砾石或建筑垃圾再生微粉对黏土进行改良还未涉及。基于此，探讨不同直径、不同含量的建筑垃圾再生微粉粒或砂砾石对黏土密度的影响。

1 材料与方法

1.1 实验设置

采用黏质土风干后研磨过2 mm筛备用，掺加材料选用黑河滩上砂砾石和农家小院拆除的旧建筑垃圾黏土砖，敲碎形成建筑垃圾再生微粉粒，并分别过1 cm、2 cm、3 cm筛，自然风干备用。将砂砾石、建筑垃圾再生微粉粒分别按照直径≤1 cm，1～2 cm，2～3 cm，与黏土（2 mm）以质量比0%（CK）、10%、20%、30%、40%和50%混合至容重ρb为1.3 g·cm-3，设计30组不同处理，每组设置3次重复，空白实验1组，3次重复，共93组。

1.2 实验方法

将不同含量（10%、20%、30%、40%和50%）、不同粒径（≤1 cm、1～2 cm、2～3 cm）砂砾石或建筑垃圾再生微粉粒混合至黏土中，装入环刀，依据《森林土壤水分-物理性质的测定》（LY/T 1215—1999）[12]检测总孔隙度Pt，再用式1计算获得掺加前后土粒密度。

2 结果与分析

实验结果详见图1和表1。由图1可知，掺加砂砾石或建筑垃圾微粉粒，土壤密度均小于空白实验。掺加同一粒径范围砂砾石或建筑垃圾微粉粒，土壤密度基本随掺加量增加而减小。

一般土壤的密度多在2.6～2.8 g·cm-3，掺加砂砾石后土壤密度为2.27～2.61 g·cm-3，其中砾石直径为2～3 cm，含量为10%、20%和30%时，土壤密度分别为2.57 g·cm-3、2.61 g·cm-3和2.61 g·cm-3，接近一般土壤密度下限值，满足一般土壤对密度的要求。掺加建筑垃圾再生微粉粒后土壤密度为2.5～2.8 g·cm-3，其中建筑垃圾再生微粉粒直径≤1 cm，含量为10%、20%、30%和40%时，其土粒密度分别为2.60 g·cm-3、2.66 g·cm-3、2.61 g·cm-3和2.62 g·cm-3;直徑为1～2 cm，含量分别为10%和20%时，其土粒密度分别为2.76 g·cm-3和2.60 g·cm-3;直径为2～3 cm，含量分别为10%、20%和30%时，其土粒密度分别为2.69 g·cm-3、2.68 g·cm-3和2.58 g·cm-3，满足一般土壤对密度的要求。

3 结论

为满足一般土壤对密度的需求，黏土中可掺加砂砾石，直径2～3 cm时，含量为10%、20%或30%;或掺加建筑垃圾再生微粉粒，直径≤1 cm时，含量为10%、20%、30%或40%;直径1～2 cm时，含量为10%或20%;直径2～3 cm时，含量为10%、20%或30%，均可达到土粒密度在2.6～2.8 g·cm-3的需求。

参考文献：

[1] 乔地.工程“癌症”找到治理技术了[N].科技日报，2020-04-27.

[2] 张平，胡毅夫.高液限黏土路堤填筑石灰改良技术研究[J].西部探矿工程，2006（10）：7-8.

[3] 钟敏雄，刘世武，柳厚祥康耐改良高液限土路用特性研究[J].吉林化工学院学报，2005，22（1）：43-47.

[4] 贾德义，郭慧霞，张健.粉煤灰改良重粘土地的投加量和后效试验[J].上海环境科学，1992（2）：30-31.

[5] 朱丽英，许双龙，管怀明.重粘土地棉花膜下软管灌溉配套栽培技术[J].新疆农业科技，2005（Z1）：27.

[6] Tovey.A digitial computer technique for orientation analysis of micrographs of soil fabric[J].Journal of Mieroscopy，1990，120：303-305.

[7] Allam MM，Sridharan A.Effect of wetting and drying in shear strength[J].Journal of the Geotechnical Engineering Division，1981，107（4）：421-438.

[8] Day RW.Swell-shrink behavior of compacted clay[J].Journal of Geotechnical Engineering，1994，120（3）：618-623.

[9] Al-Homoud AS，Basma AA，Husein Malkawi AI，et al.Cyclic swelling behavior of clays [J].Journal of Geotechnical Engineering，1995，121（7）：562-565.

[10] Celal MT，Ulusay R，Gokceoglu C.Effects of lime stabilization on engineering properties of expansive Ankara clay[J].Earth and Environment Science，2004，104（3）：466-474.

[11] Rivard PJ，GoodwinTE.Geotechnical characteristics of compacted clays for earth embankments in the prairie provinces[J].Canadian Geotechnical Journal，1978，8（2）：391-401.

[12] 張万儒，杨光滢，屠星南，等.LY/T1215-1999森林土壤水分-物理性质的测定[S].北京：国家林业局，1999.

（责任编辑：刘昀）