纖維改性土的固結試驗研究

左俊朝

(邢臺市邢衡高速公路管理處)

0 引言

隨著生產能力和生活水平的不斷提高，破舊、過時、變形的衣物已成為生活消耗所產生廢棄物的重要組成部分。目前，中國每年紡織衣物的廢棄物已達100萬t，并呈現上升趨勢。廢舊衣物與生活、生產垃圾不同，丟了可惜，留著無用，且占據空間大，處理成本較高，日益成為家庭乃至社會的“雞肋”。因此，探究廢舊衣物的回收再利用方法迫在眉睫。廢舊衣物來源于紡織纖維或化學纖維，可以發揮其抗拉強度。如果植入路基，不僅有助于改善土體性能，也能為廢棄物處置提供合理空間。這要求事先研究纖維改性土的壓縮性能。

1 試件制備與試驗方法

1.1 制備土顆粒與衣物碎片

取適量的粘土在試驗室徹底烘干，用90℃的溫度烘烤12 h左右。烘干后用粉碎機粉碎成細小顆粒，通過篩網篩取，顆粒直徑d≤1 mm。

將廢舊衣物剪碎，碎布片統一長在1 cm左右、寬0.5 cm左右。依據質地，衣物纖維種類主要選擇純棉與化纖兩種。

1.2 制備纖維改性土

經擊實實驗得出，本次土樣最佳含水量在18% ±2范疇附近。試驗土樣均按含水量為18%進行配制。包括三類：(1)原土，含水量為18%，不添加纖維;(2)棉質纖維改性土，以棉類衣物碎片為添加劑與土顆粒拌和均勻;(3)化學纖維改性土，以化纖類衣物碎片為添加劑與土顆粒拌和均勻。纖維改性土設計要求：纖維碎片含量取值5個，范圍0～1%;拌和含水量為18%，并用黑色塑料袋密封養生24 h。

1.3 擊實并制備環刀土樣

由手動擊實儀擊實土樣。用質量為4.5 kg的重錘擊實土樣27次，每次落高都為45 cm，得到直徑15.2 cm、高約4～5 cm的初始試件。用環刀(內徑6.18 cm、高20 mm)由擊實成型的初始試件切取環狀土樣，制備完成后用潤濕的毛巾覆蓋，待用于同批次的試驗。

1.4 實驗方法

采用單向固結試驗方法，加載等級為12.5 kPa、25 kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa 試驗依據《公路土工試驗規程》的要求進行。

2 纖維改性土固結試驗結果與分析

2.1 固結試驗結果

圖1與圖2分別給出了棉質纖維與化學纖維改性土在不同纖維含量下固結試驗的e-p關系。圖中縱坐標展示孔隙比，橫坐標展示固結壓力。

圖1 棉質纖維改性土的e-p關系

圖2 化學纖維改性土的e-p關系

2.2 孔隙比分析

孔隙比是土中孔隙的體積與固體顆粒的體積之比，反映了土的緊密程度，數值越大說明土的可壓縮性越大。在各固結壓力下比較圖中數據可以發現：棉質纖維與化學纖維均可以改善擊實土的孔隙結構;棉質纖維的最佳含量在0.4%左右，化學纖維的最佳含量在0.2%左右。不難發現，最優孔隙比發生在植入纖維后。這說明，土體最佳含水量在植入纖維后發生了改變。這要求對纖維改性土重新進行擊實試驗，而不宜沿用素土最佳含水量。

固結試驗結果與排水有關。棉質纖維吸水性顯著，因吸收水分不僅自身膨脹而且難以排出，導致改性土孔隙趨于增大。相比之下，化學纖維對自由水的吸收有限，主要表現出毛細現象，有利于實現排水固結;從而植入化學纖維后，改性土的孔隙比趨于降低。不論棉質還是化學纖維，伴隨較多纖維的植入，改性土的孔隙比最終趨于增大。

2.3 壓縮系數分析

壓縮系數是孔隙比差值與固結壓力差值的比，可以綜合衡量土的壓縮性。圖1與圖2中各線段的斜率反映了壓縮系數，比較可以發現，素土斜率較棉質纖維改性土的平和，而與化學纖維改性土的斜率相當。一般評價壓縮系數時取固結壓力100～200 kPa間的數據。計算結果見表1。分析表1數據可以得出：加入纖維后，改性粘土的壓縮性介于中壓縮性與低壓縮性之間，并較之素土的壓縮性略大;在最佳纖維含量下，素土與改性土壓縮系數比較接近。

表1 纖維改性粘土的壓縮系數 MPa-1

3 結論

(1)素粘土在植入少量纖維后，不論是棉質纖維還是化學纖維均可以改善土的孔隙結構，有助于土體致密。

(2)素土植入纖維后，最佳含水量宜重新進行設計;纖維改性土中，棉質纖維的最佳含量在0.4%左右，化學纖維的最佳含量在0.2%左右。

(3)素土植入纖維后，土的壓縮系數一般趨于增大，屬于中壓縮性土;在最佳纖維含量下，素土與改性土壓縮系數比較接近。這為廢舊衣物纖維植入路基土提供了可行性。

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［1］陶輝，王小雷，Pammi Sinha.廢棄紡織服裝再循環利用方法研究與再思考［J］.國際紡織導報，2009，(12)：55-58.

［2］張崢，王小雷.初探國外廢棄衣物的回收及再設計現狀［J］.天津紡織科技，2010，(3)：5-8.

［3］公路土工試驗規程(JTG E40-2007)［S］.