紅粘土中膠結物對填筑性能的影響

王 東

(中冶華天南京工程技術有限公司，江蘇 南京 210019)

紅粘土中膠結物對填筑性能的影響

王 東

(中冶華天南京工程技術有限公司，江蘇 南京 210019)

從土質學角度，根據(jù)X衍射和全化學元素試驗，對紅粘土中的礦物進行了分析，并結合擊實試驗與CBR試驗，探討了紅粘土中礦物組成對填筑性能的影響，以期深化對紅粘土的成分和工程性質相互關系的認識。

紅粘土，填筑性能，礦物成分，CBR試驗

0 引言

紅粘土因其具有高孔隙比、高含水率、高液限等特殊的工程性質，在各種工程中往往需慎重對待。趙穎文[1]研究發(fā)現(xiàn)在不同脫濕階段，土體力學指標和脹縮性能，在較低的含水量范圍內受控于裂隙性，在較高含水量范圍內受基質吸力控制。聶慶科[2]研究發(fā)現(xiàn)浸水效應對紅粘土強度有顯著的影響。談云志[3]研究發(fā)現(xiàn)最大CBR值對應的含水率大于最優(yōu)含水率3%左右，填料的壓實度可比規(guī)范降低2.5%。劉龍武[4]對耒宜高速中紅粘土作為路基填料的工程性能進行試驗，探討紅粘土填筑材料的收縮開裂所引起的系列問題及控制措施。

以上的研究成果多結合具體的工程,從材料強度以及改良方法角度對紅粘土作為路用填料進行了分析，但紅粘土的特殊工程性質與其物質組成密切相關的。對紅粘土進行填筑時，由于受到完全擾動，原生結構被破壞，在壓實作用下所形成的次生結構受礦物組成影響尤為突出。因此，本文針對現(xiàn)有研究的不足，對取自武鳴和桂林的兩種紅粘土進行了填筑性能及礦物組成的研究，從土質學的角度分析紅粘土中礦物組成對填筑性能的影響，以期深化紅粘土的成分和工程性質相互關系的認識。

1 紅粘土的工程特性

1.1 原狀紅粘土的物理力學指標

原狀紅粘土的物理力學指標見表1～表3。

表1 紅粘土的顆粒組成

表2 紅粘土物理性質指標

表3 原狀紅粘土的力學指標

1.2 紅粘土的填筑性能

1)試驗方案。

參照JTG E40—2007公路土工試驗規(guī)程的有關規(guī)定要求，對選取的兩種紅粘土進行重型擊實試驗，分別測定兩種土的最大干密度與最優(yōu)含水率。另根據(jù)兩種土的不同特點，分別進行了浸水試驗、粒徑影響試驗。主要有：

a.將兩種紅粘土在最優(yōu)含水率附近各配置6組試件，進行填筑性能對比試驗；

b.按初始含水量25%，27%，29%，31%，32%，35%配置三組試樣，泡水1.5 d，4 d，6 d后進行CBR試驗。

2)試驗結果。

如圖1所示，對取自武鳴和桂林的兩種紅粘土進行CBR測試，武鳴試樣的CBR最大值大約只有桂林試樣的1/2。如圖2所示，武鳴試樣的膨脹量明顯高于桂林試樣，最大值相差3倍左右。由圖3可知，桂林試樣的土體最大干密度和最優(yōu)含水率分別為1.49 g/cm3和28.9%；武鳴試樣的土體最大干密度和最優(yōu)含水率分別為1.57 g/cm3和27.1%。結合圖1～圖3可以看出，桂林土體的水穩(wěn)性比武鳴試樣要好一些，因而桂林紅粘土的填筑性能也優(yōu)于武鳴紅粘土。

2 紅粘土的化學成分和礦物成分

紅粘土特殊的工程性質和其化學成分、礦物成分、膠結物的含量及其存在形式是密切相關的，因此利用X衍射和全化學元素分析對紅粘土的礦物、膠結物進行了試驗分析。

圖4,圖5為X衍射試驗結果。對于武鳴紅粘土，在7.16?,3.58?,2.39?衍射峰證明了高嶺石的存在，4.155?,3.35?,2.673?,2.568?是針鐵礦的特征峰。桂林紅粘土的主要礦物成分是三水鋁石、高嶺石和針鐵礦以及石英(3.348?,4.15?)。

全化學元素分析測定SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO,K2O,Na2O,MnO等元素，試驗結果見表4。結合全化學元素分析法和X衍射估算各種礦物成分相對含量見表5。

表4 試樣及其母巖的化學成分 %

表5 試樣及其母巖的礦物成分 %

由表5可知：1)除了桂林紅粘土含一定量的石英外，兩地紅粘土的主要礦物成分是一樣的，都含有高嶺石、三水鋁石、針鐵礦；2)兩者的三水鋁石含水量大致相當，桂林紅粘土針鐵礦的含量比武鳴的高，主要存在于小于2 mm的土中，而武鳴紅粘土的針鐵礦主要存在大于2 mm的土中；3)武鳴的紅粘土的母巖為碳酸鹽巖，主要成分是方解石，而桂林紅粘土的母巖的主要的礦物成分為白云石。

表6 廣西紅粘土力學指標及礦物成分

表6為廣西貴港紅粘土、桂林紅粘土、武鳴紅粘土針鐵礦與原狀土強度的相應關系，結果表明抗剪強度指標，特別是粘聚力與針鐵礦含量呈正相關。

3 結語

根據(jù)填筑性能試驗結果可知，桂林紅粘土的CBR及水穩(wěn)性均要優(yōu)于武鳴紅粘土。一般來說，土的填筑性能取決于土的礦物成分、膠結物、微觀結構等因素，從表5可知，兩種土中針鐵礦含量差別較大，而對于紅粘土而言，土中的鐵、鋁膠結物使得其容易形成顯著的團粒結構，團粒微孔富含惰性水使得土的液塑限高，但團粒間的膠結又增強了土體的強度，提高承載性能，因此土中的膠結物對工程特性有重要的影響。

但游離氧化鐵只有部分起膠結作用，且在用于填筑時，由于重塑擾動，土中氧化鐵只有部分膠結是可逆的，當紅粘土中的氧化鐵以結核的形式存在，顆粒間就無法形成有效的膠結。因此，游離氧化鐵的有效膠結作用對紅粘土的工程性能具有重要的影響，是桂林紅粘土具有較高CBR值與水穩(wěn)性的主要原因。

[1] 趙穎文，孔令偉，郭愛國，等.廣西原狀紅粘土力學性狀與水敏性特征[J].巖土力學，2003，24(4)：568-572.

[2] 聶慶科，王英輝，梁書奇，等.廣西靖西紅粘土及其擊實后的水穩(wěn)定性試驗研究[J].巖土力學，2010，31(4)：1134-1138.

[3] 談云志，孔令偉，郭愛國，等.紅粘土路基填筑壓實度控制指標探討[J].巖土力學，2010，31(3)：851-855.

[4] 劉龍武,楊和平,康石磊，等.紅粘土填料的路用性質研究[J].公路,2002(6):125-128.

The influence of cement in red clay to filling performance

Wang Dong

(ChinaMetallurgicalGroupHuatianNanjingEngineeringTechnologyLimitedCompany,Nanjing210019,China)

From the perspective of soil, according to the X diffraction and chemical element test, this paper analyzed the minerals in red clay, and combining with the compaction test and CBR test, discussed the influence of mineral composition of red clay to filling performance, in order to deepen the understanding of red clay components and engineering performance relationship.

red clay, filling performance, mineral composition, CBR test

1009-6825(2017)05-0119-03

2016-12-04

王 東(1989- )，男，助理工程師

TU446

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