木質素改良土微觀結構分析

尹博坦 付星 阿不都拉·木沙 李方舟 徐金超 于壬楊

摘? 要：選擇工業副產品木質素作為改良劑對粉土質砂進行改良，采用SEM試驗并對掃描電子顯微鏡后所得的圖像用圖像處理軟件進行處理。通過不同木質素摻量下粉土質砂粒徑、孔隙直徑、豐度等參數的變化情況，分析其微觀結構的變化。

關鍵詞：粉土質砂;SEM;微觀結構

中圖分類號：U414? ? ? ? ?文獻標志碼：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

隨著人類對環境污染和資源危機等問題的認識不斷深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性質日益受到重視。廢棄物的資源化與可再生資源的利用，是當代經濟與社會發展的重大課題，也是對當代科學技術提出的新要求[1]。木質素作為一種芳香類生物聚合物具有可再生、可自然降解的優點[2]。本文對不同木質素摻量的改良土進行微觀試驗，研究其微觀結構變化。

1 試驗材料及試驗方法

1.1 試驗材料

本文所采用的試驗用土的基本物理指標如表1所示。

根據《公路土工試驗規程》（JTG E40-2007）[3]結合表1分析判定，該試驗用土為粉土質砂（SM）。通過重型擊實試驗得到土體最大干密度為2.05g/cm3，最優含水率為7.7%。

1.2 試驗方法

本文對不同灰土質量比的木質素改良土進行掃描電子顯微鏡試驗，并對電鏡圖像進行一系列處理得出其微觀參數數據。

2 試驗結果分析

2.1 SEM試驗圖像圖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，而木質素改良土中土體中孔隙不明顯結構更加密實。

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的標準分成4類，孔隙直徑按照≤5μm、5～20μm、≥20μm的標準分成3類。各個范圍內土顆粒粒徑與孔隙直徑個數占總體的百分含量的統計結果如圖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。隨著木質素摻量的增加，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。說明木質素的摻入增加了粉土質砂中黏粒的含量，但隨著木質素摻量的增加，木質素包裹著土顆粒形成較大的團聚體，小顆粒團聚成大顆粒且粒徑主要集中在20～50μm。就孔隙直徑來看，素土和木質素改良土均存在較多的中孔徑5～20μm。隨著木質素摻量的增加，大孔隙隨著木質素摻量的增加變化沒有明顯規律。其中大孔隙是土體強度大小的關鍵，而6%時大孔隙含量最小，最有利于其強度的提高。

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。不同木質素摻量下土顆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，由此可知木質素摻量為9%～15%時土體粘聚力較小。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，木質素摻量增加架空孔隙含量越多，高摻量的木質素不利于提高土體的密實性。

3 結論

通過用木質素對粉土質砂進行改良，探究不同木質素摻量對土體顆粒微觀結構的影響，可以得到以下結論：

（1）木質素摻量為6%時，有利于提高土體強度。

（2）木質素摻量為9%～15%時土體粘聚力較小;高摻量的木質素不利于提高土體的密實性。

參考文獻：

[1]吳文娟，宜勇鋼，王琛，等.木質素在瀝青中的應用研究進展[J].中國造紙學報，2017，32（4）：60-65.

[2]趙斌元，胡克鰲，吳人潔.可持續發展的資源——木質素[J].材料導報，1999，13（1）：51-53.

[3]JTGE40-2007.公路土工試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2007.