木質(zhì)素改良土微觀結(jié)構(gòu)分析

尹博坦 付星 阿不都拉·木沙 李方舟 徐金超 于壬楊

摘? 要：選擇工業(yè)副產(chǎn)品木質(zhì)素作為改良劑對粉土質(zhì)砂進(jìn)行改良，采用SEM試驗(yàn)并對掃描電子顯微鏡后所得的圖像用圖像處理軟件進(jìn)行處理。通過不同木質(zhì)素?fù)搅肯路弁临|(zhì)砂粒徑、孔隙直徑、豐度等參數(shù)的變化情況，分析其微觀結(jié)構(gòu)的變化。

關(guān)鍵詞：粉土質(zhì)砂;SEM;微觀結(jié)構(gòu)

中圖分類號：U414? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

隨著人類對環(huán)境污染和資源危機(jī)等問題的認(rèn)識不斷深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性質(zhì)日益受到重視。廢棄物的資源化與可再生資源的利用，是當(dāng)代經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的重大課題，也是對當(dāng)代科學(xué)技術(shù)提出的新要求[1]。木質(zhì)素作為一種芳香類生物聚合物具有可再生、可自然降解的優(yōu)點(diǎn)[2]。本文對不同木質(zhì)素?fù)搅康母牧纪吝M(jìn)行微觀試驗(yàn)，研究其微觀結(jié)構(gòu)變化。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

本文所采用的試驗(yàn)用土的基本物理指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40-2007）[3]結(jié)合表1分析判定，該試驗(yàn)用土為粉土質(zhì)砂（SM）。通過重型擊實(shí)試驗(yàn)得到土體最大干密度為2.05g/cm3，最優(yōu)含水率為7.7%。

1.2 試驗(yàn)方法

本文對不同灰土質(zhì)量比的木質(zhì)素改良土進(jìn)行掃描電子顯微鏡試驗(yàn)，并對電鏡圖像進(jìn)行一系列處理得出其微觀參數(shù)數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 SEM試驗(yàn)圖像圖1為放大200倍的電鏡圖像。從中可以看到，素土顆粒較為分散有明顯孔隙，而木質(zhì)素改良土中土體中孔隙不明顯結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。

2.2 土顆粒粒徑與孔隙大小分布本文土顆粒的粒徑按照≤5μm、5～20μm、20～50μm、≥50μm的標(biāo)準(zhǔn)分成4類，孔隙直徑按照≤5μm、5～20μm、≥20μm的標(biāo)準(zhǔn)分成3類。各個(gè)范圍內(nèi)土顆粒粒徑與孔隙直徑個(gè)數(shù)占總體的百分含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

從圖2就顆粒粒徑來看，素土中大顆粒含量較高、小顆粒含量較少，這與粒度成分分析相符合。隨著木質(zhì)素?fù)搅康脑黾?，土體中小顆粒含量先增加后減小，處在20～50μm的顆粒粒徑含量增加，而大于50μm的土顆粒粒徑含量減少。說明木質(zhì)素的摻入增加了粉土質(zhì)砂中黏粒的含量，但隨著木質(zhì)素?fù)搅康脑黾?，木質(zhì)素包裹著土顆粒形成較大的團(tuán)聚體，小顆粒團(tuán)聚成大顆粒且粒徑主要集中在20～50μm。就孔隙直徑來看，素土和木質(zhì)素改良土均存在較多的中孔徑5～20μm。隨著木質(zhì)素?fù)搅康脑黾?，大孔隙隨著木質(zhì)素?fù)搅康脑黾幼兓瘺]有明顯規(guī)律。其中大孔隙是土體強(qiáng)度大小的關(guān)鍵，而6%時(shí)大孔隙含量最小，最有利于其強(qiáng)度的提高。

2.3 土顆粒與孔隙的豐度豐度指測量對象的短軸和長軸之比，其值可以用來反映測量物體的形狀。不同木質(zhì)素?fù)搅肯峦令w粒與孔隙的豐度分布如圖3所示。

由圖3可知，顆粒豐度越大說明顆粒越接近圓形，而光滑的土顆粒其粘聚力較小，由此可知木質(zhì)素?fù)搅繛?%～15%時(shí)土體粘聚力較小。孔隙的豐度整體集中在0.5左右。在豐度為0.4～0.5、0.7～0.9時(shí)，木質(zhì)素?fù)搅吭黾蛹芸湛紫逗吭蕉?，高摻量的木質(zhì)素不利于提高土體的密實(shí)性。

3 結(jié)論

通過用木質(zhì)素對粉土質(zhì)砂進(jìn)行改良，探究不同木質(zhì)素?fù)搅繉ν馏w顆粒微觀結(jié)構(gòu)的影響，可以得到以下結(jié)論：

（1）木質(zhì)素?fù)搅繛?%時(shí)，有利于提高土體強(qiáng)度。

（2）木質(zhì)素?fù)搅繛?%～15%時(shí)土體粘聚力較小;高摻量的木質(zhì)素不利于提高土體的密實(shí)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳文娟，宜勇鋼，王琛，等.木質(zhì)素在瀝青中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國造紙學(xué)報(bào)，2017，32（4）：60-65.

[2]趙斌元，胡克鰲，吳人潔.可持續(xù)發(fā)展的資源——木質(zhì)素[J].材料導(dǎo)報(bào)，1999，13（1）：51-53.

[3]JTGE40-2007.公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2007.