郭云洪 高康玲 厲 悅 陳羽樊 田梅青
(宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院,江蘇 宿遷 223800)
膨脹土主要由強(qiáng)親水性黏土礦物成分(蒙脫石和伊利石)組成,是一種具有強(qiáng)脹縮性、多裂隙性和強(qiáng)度衰減性的高塑性黏性土[1]。在膨脹土地區(qū)進(jìn)行公路、鐵路、機(jī)場等工程建設(shè),由于膨脹土的干縮濕脹,常常會導(dǎo)致柔性路面凹凸不平,剛性路面開裂等。因此,在膨脹土地區(qū)進(jìn)行道路工程的建設(shè)之前,必須先對膨脹土進(jìn)行相應(yīng)的處理,使膨脹土能夠滿足工程建設(shè)的要求。
現(xiàn)在常用的改良膨脹土方法是化學(xué)改良法,這種方法主要利用堿渣、粉煤灰、水泥等來對膨脹土進(jìn)行改良。堿渣廢料屬于堿性材料,改良膨脹土用于工程建設(shè)時(shí),會對周圍環(huán)境造成一定的污染[2]。粉煤灰改良膨脹土對脹縮性的改善效果不明顯,但施工時(shí),對于現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)、拌和條件要求較高,總體成本相對較高。水泥改良膨脹土強(qiáng)度提高明顯,但因?yàn)樗嗟氖湛s性,改良后的膨脹土容易產(chǎn)生裂縫,而且水泥成本高,使該方法的推廣應(yīng)用受到一定限制。
風(fēng)化砂在我國分布范圍廣,很多道路可就地取材,工程造價(jià)低。風(fēng)化砂改良膨脹土屬于物理改良,通過膨脹土中摻入適量的風(fēng)化砂粗顆粒,可以提高膨脹土的強(qiáng)度性能,同時(shí)利用砂土顆粒較大的摩擦力來抑制膨脹土的膨脹力,以達(dá)到路基材料的工程要求。本文考慮利用風(fēng)化砂對膨脹土進(jìn)行改良研究,探討其可行性,為道路工程應(yīng)用提供一定的理論參考。
試驗(yàn)所用膨脹土樣取自淮安市327省道漣水城東至淮安宋集段,通過對膨脹土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),測出其基本物理性質(zhì)指標(biāo)、顆粒級配情況及自由膨脹率。其基本性質(zhì)指標(biāo)如表1所示,按照《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》[3]的分類,該土屬于弱膨脹土。
表1 原狀膨脹土基本性質(zhì)指標(biāo)
風(fēng)化砂取自淮安市跨河集,通過對風(fēng)化砂土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),測出其基本物理性質(zhì)指標(biāo)、顆粒級配情況。風(fēng)化砂土樣中粒徑大于0.25mm的含量達(dá)65.68%(大于50%),且不均勻性系數(shù)4.32(小于5),曲率系數(shù)0.76(小于1),綜合判斷為級配不良的中砂。
將風(fēng)化砂摻入膨脹土中,風(fēng)化砂與膨脹土按不同的質(zhì)量比進(jìn)行混合,并進(jìn)行對比試驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)摻砂膨脹土制備七個(gè)土樣,摻砂比例(風(fēng)化砂質(zhì)量/摻砂膨脹土質(zhì)量)為:①號0%,②號5%,③號10%,④號15%,⑤號20%,⑥號5%,⑦號30%。
結(jié)合工程實(shí)際情況,按照GBT50123-2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,對上述七種土樣分別進(jìn)行土粒相對密度、界限含水量(液、塑限)、自由膨脹率試驗(yàn)。揭示風(fēng)化砂摻砂率對膨脹土工程性質(zhì)的影響,試驗(yàn)結(jié)果如下。
1)隨著摻砂率的增加,改良膨脹土的相對密度逐漸降低,變化趨勢先快后慢。摻砂比在0~10%時(shí),改良膨脹土的相對密度下降了0.05,降低幅度最明顯。摻砂比大于10%后,降低的幅度明顯減小,這是因?yàn)轱L(fēng)化砂中黏粒含量較高,所以摻砂率增加對相對密度的影響越來越小。
2)摻入風(fēng)化砂后,改良膨脹土的塑、液限均有降低,說明摻砂能改變膨脹土的物理特性。隨著摻砂比的增加,膨脹土的液塑限降低趨勢均由快變慢,液限降低的幅度比塑限更明顯,說明摻砂對液限影響更大。摻砂比例為20%是一個(gè)明顯的分界點(diǎn),此時(shí)膨脹土樣的性質(zhì)出現(xiàn)顯著差異。
3)摻入風(fēng)化砂后,一方面由于膨脹土的凈含量減少,另一方面由于砂土顆粒和黏土顆粒之間的摩擦阻力作用,改良膨脹土的自由膨脹率明顯比原狀膨脹土要低。隨著摻砂比例的增大,改良土的自由膨脹率降低幅度也在逐漸減小。摻砂比在0到10時(shí),自由膨脹率下降幅度最明顯。若單以自由膨脹率為衡量指標(biāo),建議摻砂比可定為10%。