摻砂量對膨脹土性質(zhì)影響的研究

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。

1 原狀膨脹土及風(fēng)化砂的基本性質(zhì)

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。

2 摻砂率對膨脹土基本性質(zhì)的影響

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%。