第19卷 第5期 中 国 水 运 Vol.19 No.5 2019年 5月 China Water Transport May 2019
收稿日期：2018-12-22
作者简介：孙 飞（1992-），男，江苏盐城人，上海理工大学，硕士生，研究方向为岩土工程。 孙 飞，璩继立，朱云长
（上海理工大学 土木工程系，上海 200093）
摘 要：膨胀土的改性是目前研究的热点。为研究膨胀土的膨胀性能，以稻壳灰为掺加料，分别进行了灰土比例为0%、10%、20%和30%膨胀土的击实性能试验、液塑限联合测定试验、自由膨胀率测定试验。结果表明：掺加稻壳灰能够明显降低土体最大干密度、提高最优含水率；掺加稻壳灰后土体的稠度指标也在显著增加；掺加稻壳灰可以降低其自由膨胀率。由此说明：稻壳灰能有效改善膨胀土的膨胀性能，稻壳灰的利用也可实现变废为宝，取得生态、经济的双重效益。
关键词：膨胀土；稻壳灰；最大干密度；最优含水率
中图分类号：TU44 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）05-0259-02
膨胀土是一种受环境湿度影响较大的粘土，又被称为“胀缩性土”，它的胀缩特性可使地基变形、边坡失稳，会严重危害建筑物的安全，所以对膨胀土的改性、治理显得尤为重要[1]。
目前，已有大量国内外学者对膨胀土层的改性做了研究。例如：结合某高速铁路路基工程，薛新华等[2]将水泥掺入膨胀土中，研究了其崩解性和膨胀性的变化；李娜[3]运用聚丙烯纤维改性膨胀土，并研究了膨胀土连续性、抗剪强度和抗冻性的变化；Dang 等[4]将掺石灰膨胀土和掺石灰、蔗渣纤维膨胀土进行了无侧限抗压试验和分析；Turkoz 等[5]通过对膨胀土掺加MgCl 2溶液，并进行三轴压缩实验和结构分析。改性膨胀土的方法还有很多，包括物理改性方法、化学改性方法、生物技术及固体废弃物的改性方法等[6]
圆机罗纹；其中我们研究的较多的是掺加改性剂，也就是化学改性方法，因为它具有用量少、性价比高等优点。
对于稻壳灰的利用，也有部分学者进行了研究。例如：邢珊珊等[7]
发现稻壳灰中含有90%以上的SiO 2，可以明显改善水泥、混凝土的性能；璩继立等[8]
利用稻草灰对滨海盐土进行改性试验，研究了土体保水性能与疏松度的变化；刘妍[9]
分析认为稻壳作为生物质能源，可用于燃烧发电，但燃烧产
生的稻壳灰也应得到有效利用。
然而，目前利用稻壳灰改性膨胀土层的研究还较少。所以本文利用稻壳灰对膨胀土层进行改性试验，并分析改性后土体的击实性能、稠度指标和自由膨胀率的变化。
一、材料与方法 1．试验说明
本试验用到的材料主要有三种：稻壳灰、膨润土、粘土。 由于上海及周边地区无天然膨胀土，且作为科学研究，需要定性定量的分析，所以对膨胀土进行了人工配制。张京斌
[10]
研究表明，膨胀土的膨胀性能由蒙脱石含量决定，当蒙
脱石含量小于55%时，膨胀率与蒙脱石含量呈线性关系。
本文中膨润土的蒙脱石含量为90%左右，考虑由膨润土和粘土按6：4配制，即人工配制膨胀土的蒙脱石含量为54%。
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2．试验材料 （1）稻壳灰
取一定量的稻壳，经过煅烧成灰并风干。将风干后的稻壳灰过2mm 的筛后，放入烘箱60~70℃烘6h 左右，再置于干燥器中冷却至室温，作为掺加料备用。稻壳灰的主要成分如表1。
s11348表1 稻壳灰基本成分 单位：%
名称 数值 名称 数值 K 2O 11.66 Fe 2O 3 0.1900 Na 2O 0.53 TiO 2 0.0030 CaO 2.18 CuO 0.0069 MgO 1.66 SiO 2 77.4500
Al 2O 3
0.21
（2）膨润土
本次试验所用膨润土是市场购买所得，蒙脱石含量为90%。具体参数如表2。
表2 膨润土成分 单位：%
名称 数值 名称 数值 SiO 2 62-67 Fe 2O 3 1.0-1.5 Al 2O 3 19-20 CaO 2.0-3.0 MgO 3.89-4.40 K
2O 0.25-0.35
TiO 2 ≤0.01
3．试验方法 （1）击实性能试验
取一定量的风干土样过筛孔5mm 的筛，试验分为4组，包括灰土比例分别为0%、10%、20%和30%的膨胀土。每组试验需做5个含水率，依次相差5%左右。加水静置24h 后，根据击实试验规范进行试验。再配合环刀法测得各土样的最优含水率和最大干密度。
（2）液塑限联合测定试验
取一定量的风干土样过筛孔0.5mm 的筛，试验分组同上。
260 中 国 水 运 第19卷
每组试验需做3个含水率，分别控制在液限、略大于塑限和二
者的中间状态。加水静置24h后，使用液塑限联合测定仪进行
液塑限联合测定试验。绘制图像得到每组土样的液限和塑限。
（3）自由膨胀率测定试验
取一定量的风干土样过筛孔0.5mm的筛，试验分组同恒温酒窖
上。然后配合自由膨胀率测定仪、量筒和NaCl溶液进行试
验。每组试验需做两个试样，用作平行测定，两次质量差值
内衣加工需控制在0.1g以内。土体初始体积为量土杯的体积10mL，
根据自由膨胀率的测定方法进行试验，测得土体膨胀的体积。
二、结果与分析
1．对击实性能的影响
表3 不同稻壳灰掺量膨胀土的最大干密度与最优含水率
单位：%，g/cm3，%
灰土比例 最大干密度 最优含水率
0 1.45 31.2
10 1.42 31.4
20 1.24 33.1
30 0.94 32.7
表3为不同稻壳灰掺量膨胀土的最大干密度与最优含水
率。从表3中可以看出当灰土比例分别为10%、20%和30%
时，相较于纯膨胀土，它们的最大干密度分别减小了0.03、
0.21和0.51g/cm3，最优含水率分别增加了0.2%、1.9%
和1.5%。由此可见，对膨胀土掺加一定量的稻壳灰能够明显
降低其最大干密度、提高最优含水率。
2．对稠度指标的影响
表4 不同稻壳灰掺量膨胀土的稠度指标
单位：%
灰土比例 塑限 液限 塑性指数
0 29.7 133.8 104.1
10 37.8 151 113.2
20 43 163.9 120.9
30 43.5 164.5 121
表4为不同稻壳灰掺量膨胀土的稠度指标。从表4可以
看出，相较于纯膨胀土，灰土比例为10%、20%和30%的
膨胀土塑限分别增加了8.1%、13.3%和13.8%，液限分别
增加了17.2%、30.1%和30.7%，塑性指数分别增加了
9.1%、16.8%和16.9%。由此可见，对膨胀土掺加一定量
的稻壳灰能够明显提高土体的液限、塑限和塑性指数。
3．对自由膨胀率的影响
表5不同稻壳灰掺量膨胀土的自由膨胀率指标
单位：%，mL，%
灰土比例 V平均 自由膨胀率
0 25.6 156
10 20 22.5
21
125
110
30 20.7 107
表5为不同稻壳灰掺量膨胀土的膨胀稳定后的体积与自由膨胀率。从表5可以看出，相较于纯膨胀土，灰土比例为10%、20%和30%的膨胀土膨胀后的平均体积分别减小了3.1、4.6和4.9mL，自由膨胀率分别减少了31%、46%和49%。当灰土比例从0~20%时，土体的自由膨胀率出现了明显的下降；当灰土比例从20%~30%时，土体的自由膨胀率下降曲线趋近于平缓。从自由膨胀率指标的变化来看，当稻壳灰掺量控制在20%左右时，稻壳灰抑制土体膨胀性能的作用最佳。
四、结论
（1）在膨胀土里掺加稻壳灰能够明显降低土体最大干密度、提高最优含水率。随着膨胀土的掺灰体积增加，土体的最大干密度逐步减小，最优含水率先增加后减小。
（2）在膨胀土里掺加稻壳灰，会对土的稠度产生影响。随着膨胀土的掺灰体积增加，土体的液塑限和塑性指数也在显著增加。
（3）在膨胀土里掺加稻壳灰，可以降低其自由膨胀率。从自由膨胀率指标的变化来看，稻壳灰掺量控制在20%左右时，稻壳灰抑制土体膨胀性能的作用最佳。
（4）稻壳灰能有效改善膨胀土的膨胀性能，稻壳灰的利用也可实现变废为宝，取得生态、经济的双
重效益。
参考文献
[1] 陈水安，黄平安，黄文县.膨胀土的工程特性及改良的探
讨[J].西部探矿工程，2005，（5）.
[2] 薛新华，杨兴国.膨胀土改良的室内试验研究[J].高速铁路
技术，2013，4（6）：33-36.
[3] 李娜.膨胀土改良工程特性的机理与试验研究[D].天津：
河北工程大学，2014.
[4] Dang，L.C.，Fatahi，B.，Khabbaz，H.. Behaviour of Expansive
家用电动绞肉机
Soils Stabilized with Hydrated Lime and Bagasse Fibres [J].Procedia Engineering，2016：658-665.
[5] Turkoz，M.，Savas，H.，Acaz，A.，Tosun，H.. The Effect
of Magnesium Chloride Solution on the Engineering Properties of Clay Soil with Expansive and Dispersive Characteristics [J]. Applied Clay Science，2014，101：1-9.
[6] 胡晓军，吴延枝.膨胀土改良技术研究综述[J].合肥工程学
报，2014，24（4）：80-85.
[7] 邢珊珊，董莪.稻壳灰水泥砂浆环境影响评价[J].武汉轻工
大学学报，2017，36（1）：61-66.
[8] 璩继立，李陈财.稻草灰对滨海盐土改良的试验研究[J].
水资源与水工程学报，2013，24（5）：28-32.
[9] 刘妍.稻壳灰资源化综合利用[D].长春：吉林大学，2013.
[10] 张京斌，江金亮.蒙脱石含量对膨胀土性质的试验研究[J].
科技视界，2014.
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