掺砂量对膨胀土性质影响的研究

郭云洪 高康玲 厉 悦 陈羽樊 田梅青

(宿迁学院建筑工程学院，江苏 宿迁 223800)

膨胀土主要由强亲水性黏土矿物成分(蒙脱石和伊利石)组成，是一种具有强胀缩性、多裂隙性和强度衰减性的高塑性黏性土[1]。在膨胀土地区进行公路、铁路、机场等工程建设，由于膨胀土的干缩湿胀，常常会导致柔性路面凹凸不平，刚性路面开裂等。因此，在膨胀土地区进行道路工程的建设之前，必须先对膨胀土进行相应的处理，使膨胀土能够满足工程建设的要求。

现在常用的改良膨胀土方法是化学改良法，这种方法主要利用碱渣、粉煤灰、水泥等来对膨胀土进行改良。碱渣废料属于碱性材料，改良膨胀土用于工程建设时，会对周围环境造成一定的污染[2]。粉煤灰改良膨胀土对胀缩性的改善效果不明显，但施工时，对于现场养护、拌和条件要求较高，总体成本相对较高。水泥改良膨胀土强度提高明显，但因为水泥的收缩性，改良后的膨胀土容易产生裂缝，而且水泥成本高，使该方法的推广应用受到一定限制。

风化砂在我国分布范围广，很多道路可就地取材，工程造价低。风化砂改良膨胀土属于物理改良，通过膨胀土中掺入适量的风化砂粗颗粒，可以提高膨胀土的强度性能，同时利用砂土颗粒较大的摩擦力来抑制膨胀土的膨胀力，以达到路基材料的工程要求。本文考虑利用风化砂对膨胀土进行改良研究，探讨其可行性，为道路工程应用提供一定的理论参考。

1 原状膨胀土及风化砂的基本性质

试验所用膨胀土样取自淮安市327省道涟水城东至淮安宋集段，通过对膨胀土进行室内试验，测出其基本物理性质指标、颗粒级配情况及自由膨胀率。其基本性质指标如表1所示，按照《膨胀土地区建筑技术规范》[3]的分类，该土属于弱膨胀土。

表1 原状膨胀土基本性质指标

风化砂取自淮安市跨河集，通过对风化砂土样进行室内试验，测出其基本物理性质指标、颗粒级配情况。风化砂土样中粒径大于0.25mm的含量达65.68%(大于50%)，且不均匀性系数4.32(小于5),曲率系数0.76(小于1),综合判断为级配不良的中砂。

2 掺砂率对膨胀土基本性质的影响

将风化砂掺入膨胀土中，风化砂与膨胀土按不同的质量比进行混合，并进行对比试验。本实验掺砂膨胀土制备七个土样，掺砂比例(风化砂质量/掺砂膨胀土质量)为：①号0%，②号5%，③号10%，④号15%，⑤号20%，⑥号5%，⑦号30%。

结合工程实际情况，按照GBT50123-2019《土工试验方法标准》，对上述七种土样分别进行土粒相对密度、界限含水量(液、塑限)、自由膨胀率试验。揭示风化砂掺砂率对膨胀土工程性质的影响，试验结果如下。

1)随着掺砂率的增加，改良膨胀土的相对密度逐渐降低，变化趋势先快后慢。掺砂比在0～10%时，改良膨胀土的相对密度下降了0.05，降低幅度最明显。掺砂比大于10%后，降低的幅度明显减小，这是因为风化砂中黏粒含量较高，所以掺砂率增加对相对密度的影响越来越小。

2)掺入风化砂后，改良膨胀土的塑、液限均有降低，说明掺砂能改变膨胀土的物理特性。随着掺砂比的增加，膨胀土的液塑限降低趋势均由快变慢，液限降低的幅度比塑限更明显，说明掺砂对液限影响更大。掺砂比例为20%是一个明显的分界点，此时膨胀土样的性质出现显著差异。

3)掺入风化砂后，一方面由于膨胀土的净含量减少，另一方面由于砂土颗粒和黏土颗粒之间的摩擦阻力作用，改良膨胀土的自由膨胀率明显比原状膨胀土要低。随着掺砂比例的增大，改良土的自由膨胀率降低幅度也在逐渐减小。掺砂比在0到10时，自由膨胀率下降幅度最明显。若单以自由膨胀率为衡量指标，建议掺砂比可定为10%。