建筑废弃物改善土壤渗透性试验研究

摘 要：以建筑废弃物中的固结砂浆和加气混凝土砖为研究对象。采用常水头渗透实验方法，研究固结砂浆和加气混凝土块对城市绿地土壤渗透性改良效果。研究结果表明两种建筑废弃料可有效提高土壤渗透能力，固结砂浆渗透性改良效果优于加气混凝土砖块。该研究为绿地土壤渗透性改善材料和建筑废弃物的减量方式提供新的思路。

关键词：建筑废弃物；城市绿地；渗透性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.111

0 引言

建筑废弃物是指对建筑无或构筑的建设维修、拆迁和装修活动中产生对建筑物本身无用或不需要的排出物，又称建筑垃圾。目前国内外对于建筑垃圾的研究热点是减量化和再生利用。国内建筑垃圾或建筑废弃料总量占城市垃圾总量的30%-40%，由于我国建筑垃圾资源化产业还处于初级阶段，建筑垃圾基本处理方式以填埋为主。建筑废弃料具有良好的渗透性，建筑废弃料再生可作为渗透性和稳定性改良剂[1]。除此之外，建筑垃圾作为渗透性材料和强度材料用于国内生态砖制作，代替传统混凝土石质集料[2]。目前针对绿地存在土壤容重偏紧，渗透能力弱的问题。该研究通过对固结砂浆和加气混凝土砖两种材料进行土壤渗透性的改良试验，以期为绿地土壤渗透性改善方法和建筑废弃料减量化方式提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 供试土壤材料

试验供试土壤采自广东省广州市番禺区瀛洲生态公园，经测定粘粒含量38.41%，粉粒含量39.74，砂粒含量21.85%，固结砂浆采用抹灰砂浆落地灰实验室室内配制，水、水泥、石灰和砂的配合比分别为1：0.6：0.6：2.4进行固结砂浆的配制[3]，加气混凝土块来源城市建筑废弃料。土壤、固结砂浆和加气混凝土块分别通过人工粗分和破碎方式进行筛分，获取粒径范围为0.5mm-2.0mm的加气混凝土和固结砂浆以及2mm以下的绿地土壤材料。

1.2 试验装置

1.3 土壤装填

在装填土壤之前，为防止边壁短流，在渗透柱内部均匀涂抹一层胶水和一层中砂，形成粗糙边壁表面。渗透柱底部放置10cm粗砂石，便于渗透水顺利通过。防止试验材料渗漏，粗砂石表面铺设一层土工布和2mm的中砂，中砂上部即为试件材料，试件高度为70mm，试件上层铺3cm碎石作为缓冲过渡带，减少进水对试件的冲刷破坏影响。缓冲带上部维持深度为5cm稳定水压按照设计的土壤容重，采用分层法装填，每层装填厚度为5cm，每装填完一层，在进行上层装填时将下层表面抓毛，以防止土层之间出现分层现象。

1.4 试验设计

本实验研究对象为加气混凝土砖、固结砂浆和绿地土壤。该试验采用3根渗透柱，填装混合材料分别为100%土壤、50%固结砂浆+50%土壤、50%加气混凝土块+50%土壤。由于材料渗透性不同，三根渗透柱的测量时间分别为6h、2h和2h测量时间。

1.5 实验方法

采用常水头渗透系数测量法，进行实验时保持5 cm 的恒定水头，当压管水位稳定后，在一定时间段内测量一次渗出水量，计算出水流量。测量并记录测压管的水位，计算平均水位差，同时测量进、出水温度取平均值，连续测10 次。将实验所得数据代入公式（1.1）和（1.2），计算得出渗透系数。

达西渗透定律定水头测量土壤渗透系数，计算公式如下所示：

式中：kT—水温为T℃时试样的渗透系数，cm/s；

Q —时间t秒内的渗出水量，cm3；

L—两测压管中心间的距离，cm；

A—试样的断面积，cm2；

H—平均水位差，cm；

式中：k20—水温为20℃时试样的渗透系数，cm/s；

ηT—水温为T℃的动力粘度系数，KPa.Scm3；

η20—水温为20℃的动力粘度系数，KPa.Scm3。

2 实验结果与数据分析

2.1 渗透性测量结果

渗透系数测量结果如表1 所示。

2.2 建筑废弃料对土壤渗透性改善效果

如表1所示，同一容重下，1号渗透柱与2号渗透柱相比，滲透系数从 4.06×10-8增加至2.32×10-7。说明固砂浆可有效的增加土壤渗透系数。1号渗透柱与3号渗透柱相比，渗透系数从 4.06×10-8增加至1.54×10-7。说明固结砂浆和加气混凝土砖均可提高土壤渗透系数。

土壤渗透系数大小与土壤含水量，土壤颗粒组成、结构特征以及土壤密室程度等等因素相关。固结砂浆的配合，水、水泥、石灰和砂所占固结砂浆的比例分别为21.7%、13.0%、13.0%和52.3%，在固结砂浆中砂中占主导位置。研究表明，中砂表面光滑、无粘性、密度大、不易于压实，土壤渗透性改良效果优良。土壤粘性对土壤渗透性能影响较大，中砂加入减少单位体积上土壤粘粒的含量，土壤渗透性能增强。粘性颗粒影响土壤渗透性的主要机理是当土壤粘性颗粒较高时，土壤粘粒表面的氧原子和具有交换性的阳离子易于与水进行水合作用，水分子的羟基与粘粒表面氧原子形成氢键，阻碍水体的流动性，故土壤渗透性能减弱。

加气混凝土砖主要成分包括粉煤灰、生石灰、水泥、石膏、发气剂和稳泡剂等等。基本配方含有70%粉煤灰，13.8%石灰，13.8%水泥、2.96%石膏以及微量的铝粉。加气混凝土砖中粉煤灰所占比重巨大，粉煤灰的煤炭燃烧后的残留物，具体物理性能表现为无塑性、没有粘接能力的瘠化料。可见土壤添加加气混凝土砖可减少土壤粘性颗粒比例，提高土壤渗透性。综上所述，固结砂浆和加气混凝土块具有良好的渗透性可为绿地土壤渗透性改良提供新的思路。

2.3 两种不同材料的渗透性效果

如表1所示，同一容重2号渗透柱与3号渗透柱相比，渗透系数从 2.32×10-7增加至1.54×10-7。渗透系数减少了1.5倍。说明固结砂浆的渗透性强度加气混凝土砖块，固结砂浆土壤渗透性改善效果优于加气混凝土砖块。对于固结砂浆和加气混凝土块而言，中砂和粉煤灰是两者的核心材料。根据两种材料的特性，中砂表面密实光滑，具有紧密堆积性，粉煤灰属于内呈蜂窝状结构，所以同一细度模数下两种颗粒，加气混凝土砖块具有较大的比表面积，故吸水故在吸水能力方面强于固结砂浆，就水在空隙中流动难易程度而言，固结砂浆导水率要强于加气混凝土，因导水率与土壤渗透系数成正相关，故固结砂浆的渗透系数强于加气混凝土砖块[4]。

3 结论

建筑废弃料可有效的提高土壤的渗透性。同一容重下，固结砂浆和加气混凝土块对土壤渗透性分别提高了5.7倍和3.8倍。固结砂浆的渗透性改善效果优于加气混凝土砖块。同一容重下，添加固结砂浆的土壤渗透性比添加加气混凝土的土壤渗透性提高了1.5倍。该研究通过室内试验两种建筑废弃料对绿地土壤渗透性改良效果，为绿地土壤渗透性改善方法和建筑废弃料的减量方式提供新的思路。

参考文献：

[1]李丽慧，吴永妍等.再生建筑垃圾改性粉土的试验研究[J].公路，2015，8（08）：241-242.

[2]刘富业，孙南屏等.生态透水砖配合比设计方法初探[J].广东建材，2011（12）：83-84.

[3]卢国豪，纪学灵，陈万里等.掺落地灰建筑抹灰砂浆性能的试验研究[J].研究探索，2010（02）：69-75.

[4]岳涛等.免蒸压粉煤灰加气混凝土开发研究[D].重庆：重庆交通大学，2010（04）.

作者简介：陈朝彬（1991-），男，广东阳江人，硕士在读，研究方向：海绵城市径流总量控制。