废弃轮胎颗粒混合砂土的压实特性研究

摘 要：选择了三种形式的废轮胎颗粒与砂土混合，研究了混合土的压缩特性。试验结果表明，击实混合土的干重度随轮胎掺量的增加而减小，当轮胎颗粒掺量在25~30%时，混合土的孔隙比最小；另外，由于轮胎颗粒中大空隙的存在，使得混合土表现出一定的分层现象，即下层土的孔隙比小于上层土。

关键词：废弃轮胎颗粒；砂土；压实特性

中图分类号：TU 599      文献标识码：A 

 

随着我国汽车工业的飞速发展，废弃轮胎造成的资源浪费和环境污染现象日益严重。在2009年，我国年产生废轮胎已达2.33亿条，重量约合860万吨，并以每年2位数的速度增长[1]。废弃轮胎会带来诸多环境污染，包括占用土地资源、孳生蚊虫、引发火灾等，而且轮胎橡胶属于不熔或难熔的高分子弹性材料，很难降解，几十年甚至上百年都不会由于自然力而消失，会对环境造成长期危害[1,2]。随着技术的进步和环保意识的增强，世界各国都在寻找处理废弃轮胎的方法。目前，废弃轮胎的回收利用主要有高温热解、燃烧再利用、制成胶粒胶粉加以利用等几种方法[1~3]。

由于具备质量轻、化学稳定性好等性质，废弃轮胎在土木工程领域有很大的应用潜力。一些研究者将废弃轮胎碎片与土的混合物用作路基等的填筑材料，并取得了一定成果，但是对废弃轮胎颗粒混合土的工程特性的认识还存在诸多不足。因此本文拟对废弃轮胎颗粒混合砂土的压实特性进行试验研究。

1、试样制备及试验程序

根据《土工试验方法标准》（GB/T50123—1999）[4]，本次试验采用标准重型击实试验方法。试验采用两种形式的轮胎颗粒：①平均粒径为10mm，相对密度1.06；②长度为50~100mm，平均长宽比为1.5，相对密度1.27。试验用标准砂的比重为2.65，其颗粒级配曲线如图1所示。试验前，首先将轮胎颗粒风干。

2、轮胎颗粒-砂土最优混合比的确定

为了确定轮胎颗粒与砂土的最优混合比，将混合土分三层填入击实筒中进行了大量的击实试验，每层94击。混合土中轮胎颗粒的质量掺量变化范围从0 到100%，也就是说涵盖了从纯轮胎颗粒到纯砂。击实试验结束后，对混合土的重度进行测量，结果如图2。可以看出击实混合土的重度随着轮胎颗粒掺量的增加而减小。

 

图1 试验用砂土的颗粒级配曲线

进一步，可以计算出混合土的孔隙比也轮胎颗粒参量的关系，如图3所示。可以看出，对于两种不同粒径的轮胎颗粒，不含砂时，孔隙比分别为：0.92和0.95；随着含砂量的增加，混合土的孔隙比先是减小，当轮胎颗粒的掺量增加到25%~30%时，达到最小值，然后开始增加，对应两种不同的轮胎颗粒，其最小孔隙比分别为0.23和0.21。

    

(a) 轮胎颗粒平均粒径为10mm                   (b) 轮胎颗粒长度为50~100mm

图2 混合土的干重度

   

(a) 轮胎颗粒平均粒径为10mm                   (b) 轮胎颗粒长度为50~100mm

图3 混合土的孔隙比

  

(a) 轮胎颗粒平均粒径为10mm                   (b) 轮胎颗粒长度为50~100mm

图4 混合土的分层特性

3、混合土的分层特性

在试验当中，通过对位于击实筒不同部位的混合土的孔隙比的测量，发现其孔隙比变化很明星，尤其是当轮胎颗粒掺量较多时，击实混合土的分层孔隙比测量结果如图4所示。这主要是由于相对于砂粒直径而言，轮胎颗粒的孔隙比过大，在击实试验过程中，砂粒容易经过轮胎颗粒的空隙下沉，尤其对于高轮胎颗粒掺量更是如此。从图4还可以看出，当轮胎颗粒与砂土的混合比牌最优状态时，这种分层现象是非常小的，图中的TS表示混合土中轮胎颗粒占混合土的比重。

4、结论

（1）击实混合土的重度随着轮胎颗粒掺量的增加而减小。这是由于轮胎颗粒的比重要远小于砂土而引起的。

（2）随着轮胎颗粒占比的增加，混合土的孔隙比先是减小而后开始增大，其最小孔隙比对两种不同形式的轮胎颗粒分别为0.23和0.21，对应的轮胎颗粒掺量约为25~30%。

（3）试验表明，混合土有一定的分层特性，表现为底部的孔隙比要远小于上部孔隙比。

 

参考文献：

1. 中华人民共和国工业和信息化部. 废旧轮胎综合利用指导意见[OL]. http://www.gov.cn/zwgk/2011-01/20/content_1788909.htm. 

2. 李如林. 我国废旧轮胎回收利用行业的现状及发展对策[J]．中国资源综合利用, 2003(3): 3-6．

3. 文琛, 徐鹤．我国废旧轮胎资源化的现状、问题与对策[J]．资源节约与环保, 2006, 22(3): 7-9．

 

4. 中华人民共和国建设部. 土工试验方法标准（GB/T50123—1999）[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 1999 

5. 李朝晖，张虎元. 废轮胎颗粒与黄土混合物压实性能研究[J]. 岩土力学, 2010，31（12）：3715~3720

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