建筑廢棄物改善土壤滲透性試驗(yàn)研究

摘 要：以建筑廢棄物中的固結(jié)砂漿和加氣混凝土磚為研究對(duì)象。采用常水頭滲透實(shí)驗(yàn)方法，研究固結(jié)砂漿和加氣混凝土塊對(duì)城市綠地土壤滲透性改良效果。研究結(jié)果表明兩種建筑廢棄料可有效提高土壤滲透能力，固結(jié)砂漿滲透性改良效果優(yōu)于加氣混凝土磚塊。該研究為綠地土壤滲透性改善材料和建筑廢棄物的減量方式提供新的思路。

關(guān)鍵詞：建筑廢棄物；城市綠地；滲透性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.111

0 引言

建筑廢棄物是指對(duì)建筑無或構(gòu)筑的建設(shè)維修、拆遷和裝修活動(dòng)中產(chǎn)生對(duì)建筑物本身無用或不需要的排出物，又稱建筑垃圾。目前國內(nèi)外對(duì)于建筑垃圾的研究熱點(diǎn)是減量化和再生利用。國內(nèi)建筑垃圾或建筑廢棄料總量占城市垃圾總量的30%-40%，由于我國建筑垃圾資源化產(chǎn)業(yè)還處于初級(jí)階段，建筑垃圾基本處理方式以填埋為主。建筑廢棄料具有良好的滲透性，建筑廢棄料再生可作為滲透性和穩(wěn)定性改良劑[1]。除此之外，建筑垃圾作為滲透性材料和強(qiáng)度材料用于國內(nèi)生態(tài)磚制作，代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土石質(zhì)集料[2]。目前針對(duì)綠地存在土壤容重偏緊，滲透能力弱的問題。該研究通過對(duì)固結(jié)砂漿和加氣混凝土磚兩種材料進(jìn)行土壤滲透性的改良試驗(yàn)，以期為綠地土壤滲透性改善方法和建筑廢棄料減量化方式提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 供試土壤材料

試驗(yàn)供試土壤采自廣東省廣州市番禺區(qū)瀛洲生態(tài)公園，經(jīng)測(cè)定粘粒含量38.41%，粉粒含量39.74，砂粒含量21.85%，固結(jié)砂漿采用抹灰砂漿落地灰實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)配制，水、水泥、石灰和砂的配合比分別為1：0.6：0.6：2.4進(jìn)行固結(jié)砂漿的配制[3]，加氣混凝土塊來源城市建筑廢棄料。土壤、固結(jié)砂漿和加氣混凝土塊分別通過人工粗分和破碎方式進(jìn)行篩分，獲取粒徑范圍為0.5mm-2.0mm的加氣混凝土和固結(jié)砂漿以及2mm以下的綠地土壤材料。

1.2 試驗(yàn)裝置

1.3 土壤裝填

在裝填土壤之前，為防止邊壁短流，在滲透柱內(nèi)部均勻涂抹一層膠水和一層中砂，形成粗糙邊壁表面。滲透柱底部放置10cm粗砂石，便于滲透水順利通過。防止試驗(yàn)材料滲漏，粗砂石表面鋪設(shè)一層土工布和2mm的中砂，中砂上部即為試件材料，試件高度為70mm，試件上層鋪3cm碎石作為緩沖過渡帶，減少進(jìn)水對(duì)試件的沖刷破壞影響。緩沖帶上部維持深度為5cm穩(wěn)定水壓按照設(shè)計(jì)的土壤容重，采用分層法裝填，每層裝填厚度為5cm，每裝填完一層，在進(jìn)行上層裝填時(shí)將下層表面抓毛，以防止土層之間出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象為加氣混凝土磚、固結(jié)砂漿和綠地土壤。該試驗(yàn)采用3根滲透柱，填裝混合材料分別為100%土壤、50%固結(jié)砂漿+50%土壤、50%加氣混凝土塊+50%土壤。由于材料滲透性不同，三根滲透柱的測(cè)量時(shí)間分別為6h、2h和2h測(cè)量時(shí)間。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

采用常水頭滲透系數(shù)測(cè)量法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)保持5 cm 的恒定水頭，當(dāng)壓管水位穩(wěn)定后，在一定時(shí)間段內(nèi)測(cè)量一次滲出水量，計(jì)算出水流量。測(cè)量并記錄測(cè)壓管的水位，計(jì)算平均水位差，同時(shí)測(cè)量進(jìn)、出水溫度取平均值，連續(xù)測(cè)10 次。將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)代入公式（1.1）和（1.2），計(jì)算得出滲透系數(shù)。

達(dá)西滲透定律定水頭測(cè)量土壤滲透系數(shù)，計(jì)算公式如下所示：

式中：kT—水溫為T℃時(shí)試樣的滲透系數(shù)，cm/s；

Q —時(shí)間t秒內(nèi)的滲出水量，cm3；

L—兩測(cè)壓管中心間的距離，cm；

A—試樣的斷面積，cm2；

H—平均水位差，cm；

式中：k20—水溫為20℃時(shí)試樣的滲透系數(shù)，cm/s；

ηT—水溫為T℃的動(dòng)力粘度系數(shù)，KPa.Scm3；

η20—水溫為20℃的動(dòng)力粘度系數(shù)，KPa.Scm3。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

2.1 滲透性測(cè)量結(jié)果

滲透系數(shù)測(cè)量結(jié)果如表1 所示。

2.2 建筑廢棄料對(duì)土壤滲透性改善效果

如表1所示，同一容重下，1號(hào)滲透柱與2號(hào)滲透柱相比，滲透系數(shù)從 4.06×10-8增加至2.32×10-7。說明固砂漿可有效的增加土壤滲透系數(shù)。1號(hào)滲透柱與3號(hào)滲透柱相比，滲透系數(shù)從 4.06×10-8增加至1.54×10-7。說明固結(jié)砂漿和加氣混凝土磚均可提高土壤滲透系數(shù)。

土壤滲透系數(shù)大小與土壤含水量，土壤顆粒組成、結(jié)構(gòu)特征以及土壤密室程度等等因素相關(guān)。固結(jié)砂漿的配合，水、水泥、石灰和砂所占固結(jié)砂漿的比例分別為21.7%、13.0%、13.0%和52.3%，在固結(jié)砂漿中砂中占主導(dǎo)位置。研究表明，中砂表面光滑、無粘性、密度大、不易于壓實(shí)，土壤滲透性改良效果優(yōu)良。土壤粘性對(duì)土壤滲透性能影響較大，中砂加入減少單位體積上土壤粘粒的含量，土壤滲透性能增強(qiáng)。粘性顆粒影響土壤滲透性的主要機(jī)理是當(dāng)土壤粘性顆粒較高時(shí)，土壤粘粒表面的氧原子和具有交換性的陽離子易于與水進(jìn)行水合作用，水分子的羥基與粘粒表面氧原子形成氫鍵，阻礙水體的流動(dòng)性，故土壤滲透性能減弱。

加氣混凝土磚主要成分包括粉煤灰、生石灰、水泥、石膏、發(fā)氣劑和穩(wěn)泡劑等等?；九浞胶?0%粉煤灰，13.8%石灰，13.8%水泥、2.96%石膏以及微量的鋁粉。加氣混凝土磚中粉煤灰所占比重巨大，粉煤灰的煤炭燃燒后的殘留物，具體物理性能表現(xiàn)為無塑性、沒有粘接能力的瘠化料。可見土壤添加加氣混凝土磚可減少土壤粘性顆粒比例，提高土壤滲透性。綜上所述，固結(jié)砂漿和加氣混凝土塊具有良好的滲透性可為綠地土壤滲透性改良提供新的思路。

2.3 兩種不同材料的滲透性效果

如表1所示，同一容重2號(hào)滲透柱與3號(hào)滲透柱相比，滲透系數(shù)從 2.32×10-7增加至1.54×10-7。滲透系數(shù)減少了1.5倍。說明固結(jié)砂漿的滲透性強(qiáng)度加氣混凝土磚塊，固結(jié)砂漿土壤滲透性改善效果優(yōu)于加氣混凝土磚塊。對(duì)于固結(jié)砂漿和加氣混凝土塊而言，中砂和粉煤灰是兩者的核心材料。根據(jù)兩種材料的特性，中砂表面密實(shí)光滑，具有緊密堆積性，粉煤灰屬于內(nèi)呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，所以同一細(xì)度模數(shù)下兩種顆粒，加氣混凝土磚塊具有較大的比表面積，故吸水故在吸水能力方面強(qiáng)于固結(jié)砂漿，就水在空隙中流動(dòng)難易程度而言，固結(jié)砂漿導(dǎo)水率要強(qiáng)于加氣混凝土，因?qū)逝c土壤滲透系數(shù)成正相關(guān)，故固結(jié)砂漿的滲透系數(shù)強(qiáng)于加氣混凝土磚塊[4]。

3 結(jié)論

建筑廢棄料可有效的提高土壤的滲透性。同一容重下，固結(jié)砂漿和加氣混凝土塊對(duì)土壤滲透性分別提高了5.7倍和3.8倍。固結(jié)砂漿的滲透性改善效果優(yōu)于加氣混凝土磚塊。同一容重下，添加固結(jié)砂漿的土壤滲透性比添加加氣混凝土的土壤滲透性提高了1.5倍。該研究通過室內(nèi)試驗(yàn)兩種建筑廢棄料對(duì)綠地土壤滲透性改良效果，為綠地土壤滲透性改善方法和建筑廢棄料的減量方式提供新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]李麗慧，吳永妍等.再生建筑垃圾改性粉土的試驗(yàn)研究[J].公路，2015，8（08）：241-242.

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[3]盧國豪，紀(jì)學(xué)靈，陳萬里等.摻落地灰建筑抹灰砂漿性能的試驗(yàn)研究[J].研究探索，2010（02）：69-75.

[4]岳濤等.免蒸壓粉煤灰加氣混凝土開發(fā)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2010（04）.

作者簡介：陳朝彬（1991-），男，廣東陽江人，碩士在讀，研究方向：海綿城市徑流總量控制。