纖維改性土的固結(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)上升趨勢。廢舊衣物與生活、生產(chǎn)垃圾不同，丟了可惜，留著無用，且占據(jù)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(fā)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(wǎng)篩取，顆粒直徑d≤1 mm。

將廢舊衣物剪碎，碎布片統(tǒng)一長在1 cm左右、寬0.5 cm左右。依據(jù)質(zhì)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(jīng)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(zhì)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(yǎng)生24 h。

1.3 擊實并制備環(huán)刀土樣

由手動擊實儀擊實土樣。用質(zhì)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(huán)刀(內(nèi)徑6.18 cm、高20 mm)由擊實成型的初始試件切取環(huán)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(jié)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(jù)《公路土工試驗規(guī)程》的要求進行。

2 纖維改性土固結(jié)試驗結(jié)果與分析

2.1 固結(jié)試驗結(jié)果

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

圖1 棉質(zhì)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(shù)值越大說明土的可壓縮性越大。在各固結(jié)壓力下比較圖中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：棉質(zhì)纖維與化學纖維均可以改善擊實土的孔隙結(jié)構(gòu);棉質(zhì)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(fā)現(xiàn)，最優(yōu)孔隙比發(fā)生在植入纖維后。這說明，土體最佳含水量在植入纖維后發(fā)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(jié)試驗結(jié)果與排水有關。棉質(zhì)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(xiàn)出毛細現(xiàn)象，有利于實現(xiàn)排水固結(jié);從而植入化學纖維后，改性土的孔隙比趨于降低。不論棉質(zhì)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(shù)分析

壓縮系數(shù)是孔隙比差值與固結(jié)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(shù)，比較可以發(fā)現(xiàn)，素土斜率較棉質(zhì)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(shù)時取固結(jié)壓力100～200 kPa間的數(shù)據(jù)。計算結(jié)果見表1。分析表1數(shù)據(jù)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(shù)比較接近。

表1 纖維改性粘土的壓縮系數(shù) MPa-1

3 結(jié)論

(1)素粘土在植入少量纖維后，不論是棉質(zhì)纖維還是化學纖維均可以改善土的孔隙結(jié)構(gòu)，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(zhì)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(shù)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(shù)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(huán)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(xiàn)狀［J］.天津紡織科技，2010，(3)：5-8.

［3］公路土工試驗規(guī)程(JTG E40-2007)［S］.