纤维改性土的固结试验研究

左俊朝

(邢台市邢衡高速公路管理处)

0 引言

随着生产能力和生活水平的不断提高，破旧、过时、变形的衣物已成为生活消耗所产生废弃物的重要组成部分。目前，中国每年纺织衣物的废弃物已达100万t，并呈现上升趋势。废旧衣物与生活、生产垃圾不同，丢了可惜，留着无用，且占据空间大，处理成本较高，日益成为家庭乃至社会的“鸡肋”。因此，探究废旧衣物的回收再利用方法迫在眉睫。废旧衣物来源于纺织纤维或化学纤维，可以发挥其抗拉强度。如果植入路基，不仅有助于改善土体性能，也能为废弃物处置提供合理空间。这要求事先研究纤维改性土的压缩性能。

1 试件制备与试验方法

1.1 制备土颗粒与衣物碎片

取适量的粘土在试验室彻底烘干，用90℃的温度烘烤12 h左右。烘干后用粉碎机粉碎成细小颗粒，通过筛网筛取，颗粒直径d≤1 mm。

将废旧衣物剪碎，碎布片统一长在1 cm左右、宽0.5 cm左右。依据质地，衣物纤维种类主要选择纯棉与化纤两种。

1.2 制备纤维改性土

经击实实验得出，本次土样最佳含水量在18% ±2范畴附近。试验土样均按含水量为18%进行配制。包括三类：(1)原土，含水量为18%，不添加纤维;(2)棉质纤维改性土，以棉类衣物碎片为添加剂与土颗粒拌和均匀;(3)化学纤维改性土，以化纤类衣物碎片为添加剂与土颗粒拌和均匀。纤维改性土设计要求：纤维碎片含量取值5个，范围0～1%;拌和含水量为18%，并用黑色塑料袋密封养生24 h。

1.3 击实并制备环刀土样

由手动击实仪击实土样。用质量为4.5 kg的重锤击实土样27次，每次落高都为45 cm，得到直径15.2 cm、高约4～5 cm的初始试件。用环刀(内径6.18 cm、高20 mm)由击实成型的初始试件切取环状土样，制备完成后用润湿的毛巾覆盖，待用于同批次的试验。

1.4 实验方法

采用单向固结试验方法，加载等级为12.5 kPa、25 kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa 试验依据《公路土工试验规程》的要求进行。

2 纤维改性土固结试验结果与分析

2.1 固结试验结果

图1与图2分别给出了棉质纤维与化学纤维改性土在不同纤维含量下固结试验的e-p关系。图中纵坐标展示孔隙比，横坐标展示固结压力。

图1 棉质纤维改性土的e-p关系

图2 化学纤维改性土的e-p关系

2.2 孔隙比分析

孔隙比是土中孔隙的体积与固体颗粒的体积之比，反映了土的紧密程度，数值越大说明土的可压缩性越大。在各固结压力下比较图中数据可以发现：棉质纤维与化学纤维均可以改善击实土的孔隙结构;棉质纤维的最佳含量在0.4%左右，化学纤维的最佳含量在0.2%左右。不难发现，最优孔隙比发生在植入纤维后。这说明，土体最佳含水量在植入纤维后发生了改变。这要求对纤维改性土重新进行击实试验，而不宜沿用素土最佳含水量。

固结试验结果与排水有关。棉质纤维吸水性显著，因吸收水分不仅自身膨胀而且难以排出，导致改性土孔隙趋于增大。相比之下，化学纤维对自由水的吸收有限，主要表现出毛细现象，有利于实现排水固结;从而植入化学纤维后，改性土的孔隙比趋于降低。不论棉质还是化学纤维，伴随较多纤维的植入，改性土的孔隙比最终趋于增大。

2.3 压缩系数分析

压缩系数是孔隙比差值与固结压力差值的比，可以综合衡量土的压缩性。图1与图2中各线段的斜率反映了压缩系数，比较可以发现，素土斜率较棉质纤维改性土的平和，而与化学纤维改性土的斜率相当。一般评价压缩系数时取固结压力100～200 kPa间的数据。计算结果见表1。分析表1数据可以得出：加入纤维后，改性粘土的压缩性介于中压缩性与低压缩性之间，并较之素土的压缩性略大;在最佳纤维含量下，素土与改性土压缩系数比较接近。

表1 纤维改性粘土的压缩系数 MPa-1

3 结论

(1)素粘土在植入少量纤维后，不论是棉质纤维还是化学纤维均可以改善土的孔隙结构，有助于土体致密。

(2)素土植入纤维后，最佳含水量宜重新进行设计;纤维改性土中，棉质纤维的最佳含量在0.4%左右，化学纤维的最佳含量在0.2%左右。

(3)素土植入纤维后，土的压缩系数一般趋于增大，属于中压缩性土;在最佳纤维含量下，素土与改性土压缩系数比较接近。这为废旧衣物纤维植入路基土提供了可行性。

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［1］陶辉，王小雷，Pammi Sinha.废弃纺织服装再循环利用方法研究与再思考［J］.国际纺织导报，2009，(12)：55-58.

［2］张峥，王小雷.初探国外废弃衣物的回收及再设计现状［J］.天津纺织科技，2010，(3)：5-8.

［3］公路土工试验规程(JTG E40-2007)［S］.