紅粘土中膠結(jié)物對(duì)填筑性能的影響

王 東

(中冶華天南京工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019)

紅粘土中膠結(jié)物對(duì)填筑性能的影響

王 東

(中冶華天南京工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019)

從土質(zhì)學(xué)角度，根據(jù)X衍射和全化學(xué)元素試驗(yàn)，對(duì)紅粘土中的礦物進(jìn)行了分析，并結(jié)合擊實(shí)試驗(yàn)與CBR試驗(yàn)，探討了紅粘土中礦物組成對(duì)填筑性能的影響，以期深化對(duì)紅粘土的成分和工程性質(zhì)相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

紅粘土，填筑性能，礦物成分，CBR試驗(yàn)

0 引言

紅粘土因其具有高孔隙比、高含水率、高液限等特殊的工程性質(zhì)，在各種工程中往往需慎重對(duì)待。趙穎文[1]研究發(fā)現(xiàn)在不同脫濕階段，土體力學(xué)指標(biāo)和脹縮性能，在較低的含水量范圍內(nèi)受控于裂隙性，在較高含水量范圍內(nèi)受基質(zhì)吸力控制。聶慶科[2]研究發(fā)現(xiàn)浸水效應(yīng)對(duì)紅粘土強(qiáng)度有顯著的影響。談云志[3]研究發(fā)現(xiàn)最大CBR值對(duì)應(yīng)的含水率大于最優(yōu)含水率3%左右，填料的壓實(shí)度可比規(guī)范降低2.5%。劉龍武[4]對(duì)耒宜高速中紅粘土作為路基填料的工程性能進(jìn)行試驗(yàn)，探討紅粘土填筑材料的收縮開(kāi)裂所引起的系列問(wèn)題及控制措施。

以上的研究成果多結(jié)合具體的工程,從材料強(qiáng)度以及改良方法角度對(duì)紅粘土作為路用填料進(jìn)行了分析，但紅粘土的特殊工程性質(zhì)與其物質(zhì)組成密切相關(guān)的。對(duì)紅粘土進(jìn)行填筑時(shí)，由于受到完全擾動(dòng)，原生結(jié)構(gòu)被破壞，在壓實(shí)作用下所形成的次生結(jié)構(gòu)受礦物組成影響尤為突出。因此，本文針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，對(duì)取自武鳴和桂林的兩種紅粘土進(jìn)行了填筑性能及礦物組成的研究，從土質(zhì)學(xué)的角度分析紅粘土中礦物組成對(duì)填筑性能的影響，以期深化紅粘土的成分和工程性質(zhì)相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

1 紅粘土的工程特性

1.1 原狀紅粘土的物理力學(xué)指標(biāo)

原狀紅粘土的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1～表3。

表1 紅粘土的顆粒組成

表2 紅粘土物理性質(zhì)指標(biāo)

表3 原狀紅粘土的力學(xué)指標(biāo)

1.2 紅粘土的填筑性能

1)試驗(yàn)方案。

參照J(rèn)TG E40—2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定要求，對(duì)選取的兩種紅粘土進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，分別測(cè)定兩種土的最大干密度與最優(yōu)含水率。另根據(jù)兩種土的不同特點(diǎn)，分別進(jìn)行了浸水試驗(yàn)、粒徑影響試驗(yàn)。主要有：

a.將兩種紅粘土在最優(yōu)含水率附近各配置6組試件，進(jìn)行填筑性能對(duì)比試驗(yàn)；

b.按初始含水量25%，27%，29%，31%，32%，35%配置三組試樣，泡水1.5 d，4 d，6 d后進(jìn)行CBR試驗(yàn)。

2)試驗(yàn)結(jié)果。

如圖1所示，對(duì)取自武鳴和桂林的兩種紅粘土進(jìn)行CBR測(cè)試，武鳴試樣的CBR最大值大約只有桂林試樣的1/2。如圖2所示，武鳴試樣的膨脹量明顯高于桂林試樣，最大值相差3倍左右。由圖3可知，桂林試樣的土體最大干密度和最優(yōu)含水率分別為1.49 g/cm3和28.9%；武鳴試樣的土體最大干密度和最優(yōu)含水率分別為1.57 g/cm3和27.1%。結(jié)合圖1～圖3可以看出，桂林土體的水穩(wěn)性比武鳴試樣要好一些，因而桂林紅粘土的填筑性能也優(yōu)于武鳴紅粘土。

2 紅粘土的化學(xué)成分和礦物成分

紅粘土特殊的工程性質(zhì)和其化學(xué)成分、礦物成分、膠結(jié)物的含量及其存在形式是密切相關(guān)的，因此利用X衍射和全化學(xué)元素分析對(duì)紅粘土的礦物、膠結(jié)物進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

圖4,圖5為X衍射試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于武鳴紅粘土，在7.16?,3.58?,2.39?衍射峰證明了高嶺石的存在，4.155?,3.35?,2.673?,2.568?是針鐵礦的特征峰。桂林紅粘土的主要礦物成分是三水鋁石、高嶺石和針鐵礦以及石英(3.348?,4.15?)。

全化學(xué)元素分析測(cè)定SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO,K2O,Na2O,MnO等元素，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)合全化學(xué)元素分析法和X衍射估算各種礦物成分相對(duì)含量見(jiàn)表5。

表4 試樣及其母巖的化學(xué)成分 %

表5 試樣及其母巖的礦物成分 %

由表5可知：1)除了桂林紅粘土含一定量的石英外，兩地紅粘土的主要礦物成分是一樣的，都含有高嶺石、三水鋁石、針鐵礦；2)兩者的三水鋁石含水量大致相當(dāng)，桂林紅粘土針鐵礦的含量比武鳴的高，主要存在于小于2 mm的土中，而武鳴紅粘土的針鐵礦主要存在大于2 mm的土中；3)武鳴的紅粘土的母巖為碳酸鹽巖，主要成分是方解石，而桂林紅粘土的母巖的主要的礦物成分為白云石。

表6 廣西紅粘土力學(xué)指標(biāo)及礦物成分

表6為廣西貴港紅粘土、桂林紅粘土、武鳴紅粘土針鐵礦與原狀土強(qiáng)度的相應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表明抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，特別是粘聚力與針鐵礦含量呈正相關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)填筑性能試驗(yàn)結(jié)果可知，桂林紅粘土的CBR及水穩(wěn)性均要優(yōu)于武鳴紅粘土。一般來(lái)說(shuō)，土的填筑性能取決于土的礦物成分、膠結(jié)物、微觀結(jié)構(gòu)等因素，從表5可知，兩種土中針鐵礦含量差別較大，而對(duì)于紅粘土而言，土中的鐵、鋁膠結(jié)物使得其容易形成顯著的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，團(tuán)粒微孔富含惰性水使得土的液塑限高，但團(tuán)粒間的膠結(jié)又增強(qiáng)了土體的強(qiáng)度，提高承載性能，因此土中的膠結(jié)物對(duì)工程特性有重要的影響。

但游離氧化鐵只有部分起膠結(jié)作用，且在用于填筑時(shí)，由于重塑擾動(dòng)，土中氧化鐵只有部分膠結(jié)是可逆的，當(dāng)紅粘土中的氧化鐵以結(jié)核的形式存在，顆粒間就無(wú)法形成有效的膠結(jié)。因此，游離氧化鐵的有效膠結(jié)作用對(duì)紅粘土的工程性能具有重要的影響，是桂林紅粘土具有較高CBR值與水穩(wěn)性的主要原因。

[1] 趙穎文，孔令偉，郭愛(ài)國(guó)，等.廣西原狀紅粘土力學(xué)性狀與水敏性特征[J].巖土力學(xué)，2003，24(4)：568-572.

[2] 聶慶科，王英輝，梁書(shū)奇，等.廣西靖西紅粘土及其擊實(shí)后的水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2010，31(4)：1134-1138.

[3] 談云志，孔令偉，郭愛(ài)國(guó)，等.紅粘土路基填筑壓實(shí)度控制指標(biāo)探討[J].巖土力學(xué)，2010，31(3)：851-855.

[4] 劉龍武,楊和平,康石磊，等.紅粘土填料的路用性質(zhì)研究[J].公路,2002(6):125-128.

The influence of cement in red clay to filling performance

Wang Dong

(ChinaMetallurgicalGroupHuatianNanjingEngineeringTechnologyLimitedCompany,Nanjing210019,China)

From the perspective of soil, according to the X diffraction and chemical element test, this paper analyzed the minerals in red clay, and combining with the compaction test and CBR test, discussed the influence of mineral composition of red clay to filling performance, in order to deepen the understanding of red clay components and engineering performance relationship.

red clay, filling performance, mineral composition, CBR test

1009-6825(2017)05-0119-03

2016-12-04

王 東(1989- )，男，助理工程師

TU446

A