摻砂量對膨脹土性質影響的研究

郭云洪 高康玲 厲 悅 陳羽樊 田梅青

(宿遷學院建筑工程學院，江蘇 宿遷 223800)

膨脹土主要由強親水性黏土礦物成分(蒙脫石和伊利石)組成，是一種具有強脹縮性、多裂隙性和強度衰減性的高塑性黏性土[1]。在膨脹土地區進行公路、鐵路、機場等工程建設，由于膨脹土的干縮濕脹，常常會導致柔性路面凹凸不平，剛性路面開裂等。因此，在膨脹土地區進行道路工程的建設之前，必須先對膨脹土進行相應的處理，使膨脹土能夠滿足工程建設的要求。

現在常用的改良膨脹土方法是化學改良法，這種方法主要利用堿渣、粉煤灰、水泥等來對膨脹土進行改良。堿渣廢料屬于堿性材料，改良膨脹土用于工程建設時，會對周圍環境造成一定的污染[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，對于現場養護、拌和條件要求較高，總體成本相對較高。水泥改良膨脹土強度提高明顯，但因為水泥的收縮性，改良后的膨脹土容易產生裂縫，而且水泥成本高，使該方法的推廣應用受到一定限制。

風化砂在我國分布范圍廣，很多道路可就地取材，工程造價低。風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化砂粗顆粒，可以提高膨脹土的強度性能，同時利用砂土顆粒較大的摩擦力來抑制膨脹土的膨脹力，以達到路基材料的工程要求。本文考慮利用風化砂對膨脹土進行改良研究，探討其可行性，為道路工程應用提供一定的理論參考。

1 原狀膨脹土及風化砂的基本性質

試驗所用膨脹土樣取自淮安市327省道漣水城東至淮安宋集段，通過對膨脹土進行室內試驗，測出其基本物理性質指標、顆粒級配情況及自由膨脹率。其基本性質指標如表1所示，按照《膨脹土地區建筑技術規范》[3]的分類，該土屬于弱膨脹土。

表1 原狀膨脹土基本性質指標

風化砂取自淮安市跨河集，通過對風化砂土樣進行室內試驗，測出其基本物理性質指標、顆粒級配情況。風化砂土樣中粒徑大于0.25mm的含量達65.68%(大于50%)，且不均勻性系數4.32(小于5),曲率系數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的影響

將風化砂摻入膨脹土中，風化砂與膨脹土按不同的質量比進行混合，并進行對比試驗。本實驗摻砂膨脹土制備七個土樣，摻砂比例(風化砂質量/摻砂膨脹土質量)為：①號0%，②號5%，③號10%，④號15%，⑤號20%，⑥號5%，⑦號30%。

結合工程實際情況，按照GBT50123-2019《土工試驗方法標準》，對上述七種土樣分別進行土粒相對密度、界限含水量(液、塑限)、自由膨脹率試驗。揭示風化砂摻砂率對膨脹土工程性質的影響，試驗結果如下。

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，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，這是因為風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%是一個明顯的分界點，此時膨脹土樣的性質出現顯著差異。

3)摻入風化砂后，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，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，建議摻砂比可定為10%。