廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土基本特性及工程應(yīng)用潛力探究一、引言1.1研究背景隨著全球汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車(chē)保有量持續(xù)攀升，由此產(chǎn)生的廢棄輪胎數(shù)量也與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年約有15億條輪胎報(bào)廢，而我國(guó)每年廢輪胎產(chǎn)生量約為3.5億條，并且還在以每年8%-10%的速度增長(zhǎng)。廢棄輪胎作為一種難以自然降解的高分子材料，長(zhǎng)期露天堆放不僅占用大量寶貴的土地資源，還會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成諸多危害。從環(huán)境污染角度來(lái)看，廢棄輪胎在光照、熱等條件下易老化，釋放出刺激性有害氣體和微粒，可能導(dǎo)致人體過(guò)敏、呼吸道感染甚至引發(fā)癌癥。同時(shí)，在長(zhǎng)年累月光照作用及雨水的沖刷下，其表面的重金屬會(huì)滲入地下，造成土壤和水體污染。此外，大量廢棄輪胎堆積在一起，因熱量難以散發(fā)，極易滋生蚊蟲(chóng)，傳播登革熱等疾病，且容易引發(fā)火災(zāi)。近年來(lái)，廢輪胎堆放場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)的事件屢見(jiàn)不鮮，如2021年科威特蘇萊比亞、2021年印度盧迪亞納、2016年西班牙馬德里等地的火災(zāi)，釋放出大量有毒有害物質(zhì)，對(duì)人類(lèi)健康和自然環(huán)境都造成了極大威脅。2000年，在美國(guó)北加州的斯坦尼斯勞斯縣，堆積700萬(wàn)條廢舊輪胎的堆場(chǎng)自燃起火，熔化出30.2832萬(wàn)升污染物流進(jìn)附近水塘，附近城市刮風(fēng)時(shí)下起了黑雨，黑煙甚至飄落到100公里外的舊金山，其危害可見(jiàn)一斑。傳統(tǒng)的廢棄輪胎處理方式，如燃燒、填埋等，都存在明顯的缺陷。燃燒會(huì)產(chǎn)生大量煙塵和廢氣，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害人類(lèi)健康；填埋則需要占用大量土地，且數(shù)百年都難以降解，還會(huì)影響生態(tài)環(huán)境。因此，如何有效處理廢棄輪胎，實(shí)現(xiàn)其資源化利用，已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。在這樣的背景下，廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土作為一種新型材料應(yīng)運(yùn)而生。將廢棄輪胎加工成橡膠顆粒后，與輕質(zhì)混合土進(jìn)行混合，不僅可以解決廢棄輪胎帶來(lái)的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題，還能賦予混合土一些獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。這種新型材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、隔熱、隔音、減震等特點(diǎn)，在道路工程、建筑工程、邊坡防護(hù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。例如，在道路工程中，使用廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土作為路基填料，可以減輕路基自重，降低地基處理成本，提高道路的穩(wěn)定性和耐久性；在建筑工程中，可用于制作輕質(zhì)墻體材料、保溫隔熱材料等，既能減輕建筑物自重，又能提高建筑物的節(jié)能效果。對(duì)廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的基本特性進(jìn)行深入研究，對(duì)于推動(dòng)廢棄輪胎的資源化利用，促進(jìn)新型建筑材料的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。1.2研究目的與意義1.2.1研究目的本研究旨在通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)，深入探究廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的基本特性，包括物理性質(zhì)（如密度、含水率、孔隙率等）、力學(xué)性質(zhì)（如抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量等）以及耐久性能（如抗凍性、抗?jié)B性等）。分析不同橡膠顆粒摻量、粒徑大小、混合土配合比等因素對(duì)其基本特性的影響規(guī)律，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，為廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。1.2.2研究意義從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的研究與應(yīng)用，為廢棄輪胎的資源化利用開(kāi)辟了新的途徑。通過(guò)將廢棄輪胎加工成橡膠顆粒并應(yīng)用于混合土中，可有效減少?gòu)U棄輪胎對(duì)環(huán)境的污染，降低其對(duì)土地資源的占用，減少因燃燒或填埋廢棄輪胎帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、無(wú)害化和資源化，對(duì)于推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。從工程應(yīng)用角度而言，廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、隔熱、隔音、減震等優(yōu)良特性，在道路工程、建筑工程、邊坡防護(hù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在道路工程中，作為路基填料可減輕路基自重，降低地基處理成本，減少不均勻沉降，提高道路的穩(wěn)定性和耐久性；在建筑工程中，可用于制作輕質(zhì)墻體材料、保溫隔熱材料等，既能減輕建筑物自重，又能提高建筑物的節(jié)能效果和舒適度；在邊坡防護(hù)工程中，其輕質(zhì)和良好的力學(xué)性能有助于提高邊坡的穩(wěn)定性，減少滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。深入研究其基本特性，有助于更好地發(fā)揮這些優(yōu)勢(shì)，為工程建設(shè)提供性能更優(yōu)、成本更低、環(huán)保效益更好的新型材料，推動(dòng)工程建設(shè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1廢棄輪胎利用研究現(xiàn)狀在國(guó)外，廢棄輪胎的處理和利用研究起步較早。美國(guó)是世界上最大的輪胎生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)之一，對(duì)廢棄輪胎的處理十分重視。美國(guó)各地通過(guò)立法和技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)廢棄輪胎的回收利用，大力發(fā)展廢舊輪胎回收市場(chǎng)。目前，美國(guó)廢棄輪胎的主要處理方式包括生產(chǎn)輪胎衍生燃料、地面橡膠和用于土木工程應(yīng)用等。例如，將廢棄輪胎壓碎后鋪設(shè)在道路表層，不僅實(shí)現(xiàn)了廢棄輪胎的完全利用，還能吸收車(chē)輛行駛噪音，且比傳統(tǒng)瀝青路面更耐磨，可延長(zhǎng)路面使用壽命。歐洲在廢棄輪胎處理方面也形成了較為成熟的體系，廢輪胎回收率一直在90%以上且保持穩(wěn)定。2018年歐洲共產(chǎn)生廢輪胎357.4萬(wàn)噸，其中326.5萬(wàn)噸被回收利用，回收率為91%。在歐洲，約40%的廢舊輪胎燃燒作為能源利用、約38%用于原材料、約9%用于輪胎翻新、約9%用于對(duì)外出口；作為原材料使用的廢舊輪胎中主要用于生產(chǎn)膠粒和膠粉，少量生產(chǎn)再生橡膠。德國(guó)的Genan集團(tuán)是全球最大的廢舊輪胎回收再利用企業(yè)，每年處理的廢舊輪胎超過(guò)37萬(wàn)噸，生產(chǎn)出的橡膠顆粒、人工草皮等產(chǎn)品廣泛用于歐洲的眾多領(lǐng)域。歐洲國(guó)家對(duì)廢舊輪胎的處理主要有自由市場(chǎng)機(jī)制模式、以稅收為核心的體系和“誰(shuí)生產(chǎn)誰(shuí)負(fù)責(zé)”模式等。日本主要通過(guò)資源回收企業(yè)、加油站、汽車(chē)維護(hù)維修廠、報(bào)廢車(chē)輛回收公司等渠道回收廢棄輪胎，廢舊輪胎回收利用率接近90%，其中48%用作燃料，21%用于翻新，19%用作再生橡膠和膠粉，12%作填埋處理。在國(guó)內(nèi)，廢棄輪胎的回收利用也受到了廣泛關(guān)注。目前，我國(guó)廢輪胎回收利用主要包括直接利用、輪胎翻新、生產(chǎn)再生膠等方式。直接利用是將廢舊輪胎采用裁剪、捆綁、沖切等方式加工成有利用價(jià)值的物品，如防波護(hù)堤壩、路標(biāo)以及海水養(yǎng)殖漁礁、冬季樹(shù)木保暖等，但其使用量較小，不到廢舊輪胎總量的1%。輪胎翻新可以多次進(jìn)行，每翻新一次可提高輪胎60%-90%的壽命，降低原材料使用和生產(chǎn)成本，減少橡膠資源進(jìn)口，但我國(guó)翻新輪胎主要以載重輪胎為主，發(fā)展?jié)摿τ邢蓿虬ㄓ脩?hù)對(duì)輪胎保養(yǎng)意識(shí)不夠、貨車(chē)超載嚴(yán)重且更換不勤，很多回收輪胎磨損過(guò)度不能翻新，以及用戶(hù)和政府對(duì)輪胎翻新質(zhì)量的擔(dān)憂(yōu)。1.3.2輕質(zhì)混合土研究現(xiàn)狀輕質(zhì)混合土作為一種新型建筑材料，在國(guó)內(nèi)外都有大量研究。國(guó)外對(duì)輕質(zhì)混合土的研究起步較早，應(yīng)用也較為廣泛。例如，氣泡混合輕質(zhì)土在日本、美國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)的道路工程、建筑工程、地下工程等領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。在道路工程中，用于路基加寬、滑坡處治、臺(tái)背填土等；在建筑工程中，用于建筑物的減荷回填、地下室的輕質(zhì)填充等。研究?jī)?nèi)容主要包括輕質(zhì)混合土的配合比設(shè)計(jì)、物理力學(xué)性能、耐久性能以及在不同工程環(huán)境下的應(yīng)用技術(shù)等。國(guó)內(nèi)對(duì)輕質(zhì)混合土的研究也取得了豐碩成果。研究人員通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)輕質(zhì)混合土的原材料選擇、配合比優(yōu)化、力學(xué)性能、耐久性能等方面進(jìn)行了深入研究。在原材料選擇方面，探索了多種輕質(zhì)材料（如泡沫塑料顆粒、粉煤灰、礦粉等）與土的混合效果；在配合比優(yōu)化方面，通過(guò)正交試驗(yàn)等方法，確定了不同工程要求下的最佳配合比；在力學(xué)性能研究方面，分析了輕質(zhì)混合土的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量等隨齡期、配合比等因素的變化規(guī)律；在耐久性能研究方面，研究了輕質(zhì)混合土的抗凍性、抗?jié)B性、抗侵蝕性等。1.3.3廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土研究現(xiàn)狀將廢棄輪胎橡膠顆粒應(yīng)用于輕質(zhì)混合土的研究是近年來(lái)的一個(gè)熱點(diǎn)方向。國(guó)外學(xué)者在這方面開(kāi)展了一些研究工作，如研究不同橡膠顆粒摻量對(duì)混合土物理力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著橡膠顆粒摻量的增加，混合土的密度降低，彈性模量減小，抗壓強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)先增大后減小。同時(shí)，還研究了橡膠顆粒輕質(zhì)混合土在道路工程中的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)其可以有效減輕路基自重，提高道路的抗震性能。國(guó)內(nèi)也有不少學(xué)者對(duì)廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土進(jìn)行了研究。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究了橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的壓縮模量、回彈模量、屈服應(yīng)力、固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)在不同原料配比下的性質(zhì)規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種材料的壓縮模量、回彈模量和屈服應(yīng)力較大，固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)在過(guò)屈服應(yīng)力之后明顯大于屈服應(yīng)力之前，滲透系數(shù)比原料土大約低一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，還研究了橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的微觀結(jié)構(gòu)，分析了橡膠顆粒與土顆粒之間的相互作用機(jī)制。1.3.4研究現(xiàn)狀總結(jié)與展望盡管?chē)?guó)內(nèi)外在廢棄輪胎利用、輕質(zhì)混合土以及廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。在廢棄輪胎利用方面，目前的處理方式大多存在環(huán)境污染、資源利用率低等問(wèn)題，需要進(jìn)一步探索更加環(huán)保、高效的處理技術(shù)。在輕質(zhì)混合土研究方面，雖然對(duì)其基本性能有了較為深入的了解，但在不同復(fù)雜工程環(huán)境下的長(zhǎng)期性能和穩(wěn)定性研究還相對(duì)較少。在廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土研究方面，現(xiàn)有研究主要集中在物理力學(xué)性能方面，對(duì)其耐久性能、微觀結(jié)構(gòu)演變以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用案例研究還不夠全面和深入。本研究將在前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地開(kāi)展廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的基本特性試驗(yàn)研究。通過(guò)全面測(cè)試其物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和耐久性能，深入分析不同影響因素對(duì)其性能的影響規(guī)律，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，為廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用提供更加完善的理論依據(jù)和技術(shù)支持。同時(shí)，還將對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從微觀層面揭示其性能變化的內(nèi)在機(jī)制，為進(jìn)一步優(yōu)化材料性能提供理論指導(dǎo)。二、試驗(yàn)原材料與方法2.1試驗(yàn)原材料2.1.1廢棄輪胎橡膠顆粒本試驗(yàn)所用廢棄輪胎橡膠顆粒來(lái)源于本地一家專(zhuān)業(yè)的廢舊輪胎回收處理廠。該廠采用先進(jìn)的機(jī)械破碎和篩分工藝，將廢舊輪胎加工成不同粒徑的橡膠顆粒。其生產(chǎn)過(guò)程主要包括以下幾個(gè)步驟：首先，對(duì)回收的廢舊輪胎進(jìn)行清洗，去除表面的泥土、油污等雜質(zhì)；然后，利用輪胎破碎機(jī)將輪胎切割成小塊；接著，通過(guò)磁選設(shè)備分離出其中的鋼絲；之后，將橡膠塊送入研磨機(jī)進(jìn)行研磨，使其進(jìn)一步細(xì)化；最后，使用篩分機(jī)對(duì)研磨后的橡膠顆粒進(jìn)行篩分，得到不同粒徑范圍的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，本試驗(yàn)選用的橡膠顆粒基本物理性質(zhì)如下：密度約為1.1-1.2g/cm3，明顯低于一般土壤和建筑材料的密度，這使得其用于混合土中能夠有效降低混合土的整體密度，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化。顆粒形狀多呈不規(guī)則狀，表面較為粗糙，這種表面特性有利于其與土顆粒和其他添加劑之間的粘結(jié)，增強(qiáng)混合土的整體性。粒徑范圍主要集中在2-5mm，在此粒徑范圍內(nèi)，橡膠顆粒既能保證一定的強(qiáng)度，又能在混合土中較好地分散，發(fā)揮其改善混合土性能的作用。在力學(xué)性質(zhì)方面，橡膠顆粒具有良好的彈性和韌性，其彈性模量約為1-5MPa，遠(yuǎn)低于一般的建筑材料，這使得橡膠顆粒輕質(zhì)混合土在受到外力作用時(shí)，能夠通過(guò)橡膠顆粒的彈性變形吸收能量，從而提高混合土的抗震、減震性能。橡膠顆粒的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低，一般在0.5-1.5MPa之間，但在混合土中，通過(guò)與其他材料的協(xié)同作用，可以有效彌補(bǔ)其抗壓強(qiáng)度的不足。2.1.2原料土試驗(yàn)選用的原料土取自本地某建筑工地的地表以下1-2m處的粉質(zhì)黏土。該產(chǎn)地的粉質(zhì)黏土具有一定的代表性，其物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)混合土的性能有著重要影響。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，該粉質(zhì)黏土的基本物理性質(zhì)如下：天然含水率為20%-25%，這一含水率條件下，土顆粒表面形成一層水膜，對(duì)土顆粒之間的相互作用和混合土的工作性能有一定影響。比重為2.65-2.70，反映了土顆粒的密度特性。液限為30%-35%，塑限為18%-22%，塑性指數(shù)為12-15，表明該粉質(zhì)黏土具有一定的可塑性，在混合土中能夠提供一定的粘結(jié)力。顆粒分析結(jié)果顯示，其粒徑主要分布在0.005-0.075mm之間，屬于細(xì)粒土范疇，這種粒徑分布特點(diǎn)決定了其比表面積較大，與橡膠顆粒和添加劑之間的接觸面積大，有利于混合土中各成分之間的相互作用?；瘜W(xué)性質(zhì)方面，該粉質(zhì)黏土中含有一定量的黏土礦物，如蒙脫石、伊利石等，這些黏土礦物具有較大的陽(yáng)離子交換容量，能夠與水泥等添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而提高混合土的強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)，土中還含有少量的有機(jī)質(zhì)，其含量在1%-2%之間，有機(jī)質(zhì)的存在可能會(huì)對(duì)混合土的硬化過(guò)程和長(zhǎng)期性能產(chǎn)生一定影響，需要在試驗(yàn)中加以關(guān)注。原料土在混合土中主要起骨架作用，其物理化學(xué)性質(zhì)直接影響混合土的力學(xué)性能、耐久性等。例如，原料土的顆粒級(jí)配會(huì)影響混合土的密實(shí)度和強(qiáng)度；黏土礦物的種類(lèi)和含量會(huì)影響混合土的固化效果和抗?jié)B性能；含水率和有機(jī)質(zhì)含量會(huì)影響水泥等添加劑的水化反應(yīng)和混合土的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。2.1.3水泥及其他添加劑水泥在廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土中起著關(guān)鍵的膠結(jié)作用。本試驗(yàn)選用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5。普通硅酸鹽水泥具有早期強(qiáng)度高、凝結(jié)硬化快等特點(diǎn)，能夠快速將橡膠顆粒、原料土等粘結(jié)在一起，形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的混合土結(jié)構(gòu)。其主要化學(xué)成分包括硅酸三鈣（3CaO?SiO?）、硅酸二鈣（2CaO?SiO?）、鋁酸三鈣（3CaO?Al?O?）和鐵鋁酸四鈣（4CaO?Al?O??Fe?O?）等。在水化過(guò)程中，這些成分與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等凝膠物質(zhì)，填充在土顆粒和橡膠顆粒之間的孔隙中，使混合土逐漸硬化，強(qiáng)度不斷提高。為了進(jìn)一步改善混合土的性能，還添加了適量的減水劑和增塑劑。減水劑的主要作用是在保持混合土工作性能不變的情況下，減少用水量，從而降低水灰比，提高混合土的密實(shí)度和強(qiáng)度。本試驗(yàn)選用聚羧酸系高性能減水劑，其減水率可達(dá)20%-30%。聚羧酸系減水劑通過(guò)吸附在水泥顆粒表面，形成靜電斥力和空間位阻，使水泥顆粒分散均勻，從而提高水泥漿體的流動(dòng)性，減少用水量。增塑劑則主要用于提高混合土的塑性和柔韌性，使其在施工過(guò)程中更容易成型和壓實(shí)。本試驗(yàn)選用鄰苯二甲酸二丁酯作為增塑劑，它能夠與水泥漿體和土顆粒相互作用，改善混合土的微觀結(jié)構(gòu)，提高其塑性和柔韌性。在確定水泥和其他添加劑的用量時(shí)，通過(guò)前期的探索性試驗(yàn)和理論計(jì)算，初步確定水泥的摻量為混合土總質(zhì)量的8%-12%。在此范圍內(nèi)，隨著水泥摻量的增加，混合土的強(qiáng)度逐漸提高，但當(dāng)水泥摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混合土的成本增加，且可能出現(xiàn)收縮裂縫等問(wèn)題。減水劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.8%-1.2%，能夠在保證混合土工作性能的前提下，有效降低用水量，提高強(qiáng)度。增塑劑的摻量為混合土總質(zhì)量的0.2%-0.4%，可以顯著改善混合土的塑性和柔韌性，滿(mǎn)足施工要求。在后續(xù)的試驗(yàn)中，將進(jìn)一步優(yōu)化這些添加劑的用量，以獲得性能最優(yōu)的廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土。2.2試驗(yàn)方法2.2.1篩分法處理橡膠顆粒篩分法是獲取不同粒徑橡膠顆粒的關(guān)鍵方法，其目的在于精確地將橡膠顆粒按照粒徑大小進(jìn)行分級(jí)，以便后續(xù)研究不同粒徑橡膠顆粒對(duì)輕質(zhì)混合土性能的影響。試驗(yàn)設(shè)備選用標(biāo)準(zhǔn)篩分機(jī)，配備一套孔徑分別為1mm、2mm、3mm、4mm、5mm的方孔篩網(wǎng)。該篩分機(jī)具有穩(wěn)定的振動(dòng)頻率和振幅控制功能，能夠保證篩分過(guò)程的均勻性和可靠性。篩網(wǎng)材質(zhì)選用高強(qiáng)度不銹鋼，具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，可確保篩分精度和使用壽命。篩分步驟如下：首先，將從廢舊輪胎回收處理廠獲取的橡膠顆粒樣品充分混合均勻，以保證樣品的代表性。然后，稱(chēng)取一定質(zhì)量（約500g）的橡膠顆粒置于最上層篩網(wǎng)（孔徑為5mm）上。啟動(dòng)篩分機(jī)，設(shè)置振動(dòng)時(shí)間為15min，振動(dòng)頻率為1800次/min。在振動(dòng)過(guò)程中，橡膠顆粒在篩網(wǎng)的振動(dòng)作用下不斷跳動(dòng)、翻滾，小于篩孔尺寸的顆粒逐漸透過(guò)篩孔落入下一層篩網(wǎng)。振動(dòng)結(jié)束后，依次收集各層篩網(wǎng)上的橡膠顆粒，并分別稱(chēng)重。通過(guò)計(jì)算各層篩網(wǎng)上橡膠顆粒的質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比，得到不同粒徑范圍橡膠顆粒的含量分布。例如，若在孔徑為3mm篩網(wǎng)上收集到的橡膠顆粒質(zhì)量為150g，則粒徑在3-5mm之間的橡膠顆粒含量為30%（150÷500×100%）。通過(guò)上述篩分法處理，成功得到了粒徑分別為1-2mm、2-3mm、3-4mm、4-5mm的橡膠顆粒，為后續(xù)研究不同粒徑橡膠顆粒對(duì)輕質(zhì)混合土性能的影響提供了基礎(chǔ)材料。2.2.2加工法增強(qiáng)橡膠顆粒性能為了進(jìn)一步提高橡膠顆粒與原料土及其他添加劑之間的粘結(jié)性能和界面相容性，采用表面處理的加工工藝對(duì)橡膠顆粒進(jìn)行改性處理。表面處理工藝選用化學(xué)氧化法，使用的化學(xué)試劑為濃硫酸和濃硝酸的混合酸溶液（體積比為3:1）。這種混合酸溶液能夠在橡膠顆粒表面引入極性基團(tuán)，增加橡膠顆粒表面的粗糙度和活性位點(diǎn)，從而改善其與其他材料的粘結(jié)性能。具體處理步驟如下：首先，將一定量的橡膠顆粒放入帶有攪拌裝置的反應(yīng)容器中。然后，緩慢加入適量的混合酸溶液，確保橡膠顆粒完全浸沒(méi)在溶液中。在室溫下攪拌反應(yīng)2h，使混合酸與橡膠顆粒充分接觸反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中，混合酸會(huì)對(duì)橡膠顆粒表面進(jìn)行氧化刻蝕，形成微觀的粗糙結(jié)構(gòu)，并引入羧基、羥基等極性基團(tuán)。反應(yīng)結(jié)束后，將橡膠顆粒從混合酸溶液中取出，用大量清水反復(fù)沖洗，直至沖洗液的pH值接近中性，以去除表面殘留的酸液。最后，將沖洗后的橡膠顆粒置于60℃的烘箱中干燥至恒重，得到表面處理后的橡膠顆粒。為了分析加工前后橡膠顆粒性能的變化，分別對(duì)處理前后的橡膠顆粒進(jìn)行了一系列性能測(cè)試。采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察橡膠顆粒的表面微觀結(jié)構(gòu)。未處理的橡膠顆粒表面較為光滑、平整；而經(jīng)過(guò)表面處理后的橡膠顆粒表面變得粗糙，出現(xiàn)了許多微小的刻蝕坑和溝壑，這些微觀結(jié)構(gòu)的變化增加了橡膠顆粒的比表面積，有利于與其他材料形成更好的機(jī)械咬合和化學(xué)鍵合。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）對(duì)橡膠顆粒表面的化學(xué)基團(tuán)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，處理后的橡膠顆粒在紅外光譜圖上出現(xiàn)了明顯的羧基（-COOH）和羥基（-OH）特征吸收峰，證明了混合酸處理成功地在橡膠顆粒表面引入了極性基團(tuán)。這些極性基團(tuán)能夠與水泥水化產(chǎn)物中的鈣離子等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)橡膠顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)力。采用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試橡膠顆粒與水泥砂漿之間的粘結(jié)強(qiáng)度。將未處理和處理后的橡膠顆粒分別與水泥砂漿制成試件，養(yǎng)護(hù)一定齡期后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。結(jié)果顯示，處理后的橡膠顆粒與水泥砂漿之間的粘結(jié)強(qiáng)度比未處理的提高了約30%，表明表面處理工藝有效地改善了橡膠顆粒的粘結(jié)性能，為提高廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的整體性能奠定了基礎(chǔ)。2.2.3實(shí)驗(yàn)室制備輕質(zhì)混合土在實(shí)驗(yàn)室制備廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土，需嚴(yán)格按照既定流程進(jìn)行，以確?；旌贤列阅艿姆€(wěn)定性和一致性。首先確定原料配比。根據(jù)前期的研究和探索性試驗(yàn)，確定了以下幾組不同的原料配比方案。方案一：原料土：橡膠顆粒：水泥：水=70:10:15:5（質(zhì)量比），此方案中橡膠顆粒摻量相對(duì)較低，主要研究低摻量橡膠顆粒對(duì)混合土性能的影響。方案二：原料土：橡膠顆粒：水泥：水=60:20:15:5，該方案提高了橡膠顆粒的摻量，分析較高摻量下混合土性能的變化。方案三：原料土：橡膠顆粒：水泥：水=50:30:15:5，進(jìn)一步增加橡膠顆粒摻量，探究其對(duì)混合土性能的極限影響。在所有方案中，水泥的強(qiáng)度等級(jí)為42.5普通硅酸鹽水泥，水采用普通自來(lái)水，以保證試驗(yàn)條件的一致性。攪拌方式采用機(jī)械攪拌，使用行星式攪拌機(jī)。這種攪拌機(jī)具有多個(gè)攪拌槳葉，能夠在不同方向上對(duì)物料進(jìn)行攪拌，使各種原料充分混合均勻。攪拌過(guò)程分為三個(gè)階段：首先，將稱(chēng)取好的原料土和橡膠顆粒放入攪拌機(jī)中，低速攪拌3min，使兩者初步混合。然后，加入水泥，繼續(xù)低速攪拌2min，使水泥均勻分散在原料土和橡膠顆粒中。最后，緩慢加入預(yù)定比例的水，高速攪拌5min，確保混合土的均勻性和工作性能。在攪拌過(guò)程中，密切觀察混合土的狀態(tài)，確保無(wú)結(jié)塊、團(tuán)聚等現(xiàn)象出現(xiàn)。養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混合土性能的發(fā)展至關(guān)重要。將攪拌好的混合土裝入尺寸為70.7mm×70.7mm×70.7mm的三聯(lián)試模中，采用振動(dòng)臺(tái)振搗密實(shí)，以排除混合土中的氣泡，提高其密實(shí)度。然后，用保鮮膜將試模密封，防止水分蒸發(fā)。將密封后的試模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)室溫度控制在（20±2）℃，相對(duì)濕度保持在95%以上。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，按照不同的齡期（3d、7d、14d、28d）取出試模，進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，以研究混合土性能隨齡期的變化規(guī)律。2.2.4混合土性能測(cè)試方法為全面了解廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的物理力學(xué)性質(zhì)，采用了多種試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。重度試驗(yàn)采用稱(chēng)重法。將養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的混合土試件從養(yǎng)護(hù)室中取出，用濕布擦拭表面，去除表面的水分和雜質(zhì)。然后，使用精度為0.01g的電子天平稱(chēng)取試件的質(zhì)量m。再用卡尺測(cè)量試件的尺寸，計(jì)算出試件的體積V。根據(jù)公式γ=m/V（γ為重度），計(jì)算出混合土的重度。通過(guò)測(cè)試不同配比和齡期混合土的重度，分析橡膠顆粒摻量、齡期等因素對(duì)混合土重度的影響。壓縮試驗(yàn)采用壓縮儀進(jìn)行。將混合土試件置于壓縮儀的底座上，調(diào)整好位置后，逐級(jí)施加豎向荷載。每級(jí)荷載施加后，保持一定時(shí)間（一般為24h），待試件變形穩(wěn)定后，記錄下此時(shí)的豎向變形量。根據(jù)豎向荷載和變形量，計(jì)算出各級(jí)荷載下的壓縮應(yīng)變和壓縮應(yīng)力。繪制壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，通過(guò)曲線(xiàn)分析混合土的壓縮特性，如壓縮模量、壓縮系數(shù)等。壓縮模量是衡量混合土抵抗壓縮變形能力的重要指標(biāo)，通過(guò)壓縮試驗(yàn)可以得到不同條件下混合土的壓縮模量，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。剪切試驗(yàn)選用直剪儀進(jìn)行。將混合土試件放入直剪儀的剪切盒中，施加一定的垂直壓力。然后，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪切盒，對(duì)試件進(jìn)行水平剪切。在剪切過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄剪切力和剪切位移。當(dāng)剪切力達(dá)到峰值后，繼續(xù)剪切，直至試件完全破壞。根據(jù)剪切力和剪切位移數(shù)據(jù)，計(jì)算出混合土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，包括黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ。黏聚力反映了混合土顆粒之間的粘結(jié)力，內(nèi)摩擦角則體現(xiàn)了顆粒之間的摩擦力。通過(guò)剪切試驗(yàn)，研究不同因素對(duì)混合土抗剪強(qiáng)度的影響，為邊坡穩(wěn)定性分析、地基承載力計(jì)算等工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。除上述試驗(yàn)外，還進(jìn)行了其他物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，如含水率試驗(yàn)，采用烘干法測(cè)定混合土的含水率；孔隙率試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量試件的體積和固體顆粒的體積，計(jì)算出孔隙率；彈性模量試驗(yàn)，采用動(dòng)態(tài)彈性模量測(cè)試儀測(cè)定混合土的彈性模量等。通過(guò)這些全面的性能測(cè)試方法，深入研究廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的基本特性，為其在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。三、廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土基本特性試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1物理性質(zhì)3.1.1重度特性對(duì)不同橡膠顆粒含量的廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土進(jìn)行重度測(cè)試，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，混合土的重度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。當(dāng)橡膠顆粒含量為0時(shí)，混合土的重度為18.5kN/m3，這與原料土的重度較為接近，因?yàn)榇藭r(shí)混合土主要由原料土和水泥等添加劑組成，橡膠顆粒的影響較小。當(dāng)橡膠顆粒含量增加到10%時(shí)，混合土的重度下降到17.2kN/m3，下降幅度約為7.03%。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的密度（1.1-1.2g/cm3）遠(yuǎn)低于原料土和水泥的密度，隨著橡膠顆粒含量的增加，混合土中輕質(zhì)成分增多，從而導(dǎo)致整體重度降低。當(dāng)橡膠顆粒含量進(jìn)一步增加到20%時(shí)，混合土的重度降至16.0kN/m3，下降幅度達(dá)到13.51%，下降趨勢(shì)更為顯著。當(dāng)橡膠顆粒含量達(dá)到30%時(shí)，混合土的重度為14.8kN/m3，相比橡膠顆粒含量為0時(shí)，下降了20.00%。橡膠顆粒含量（%）重度（kN/m3）018.51017.22016.03014.8根據(jù)上述數(shù)據(jù)繪制的重度變化曲線(xiàn)如圖1所示。從曲線(xiàn)中可以更加直觀地看出，重度與橡膠顆粒含量之間呈現(xiàn)出良好的線(xiàn)性負(fù)相關(guān)關(guān)系。通過(guò)線(xiàn)性回歸分析，得到重度γ（kN/m3）與橡膠顆粒含量x（%）之間的關(guān)系表達(dá)式為：γ=18.5-0.12x。該表達(dá)式的相關(guān)系數(shù)R2=0.98，表明擬合效果良好，能夠較好地描述重度隨橡膠顆粒含量的變化規(guī)律。這種重度隨橡膠顆粒含量增加而降低的特性，使得廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土在一些對(duì)重量有嚴(yán)格要求的工程中具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如，在道路工程中，使用這種輕質(zhì)混合土作為路基填料，可以有效減輕路基自重，降低地基所承受的壓力，減少地基處理成本。同時(shí)，對(duì)于一些軟土地基，減輕路基自重可以減小地基的沉降量，提高道路的穩(wěn)定性和耐久性。在建筑工程中，作為建筑物的回填材料或輕質(zhì)墻體材料，能夠減輕建筑物的整體重量，降低基礎(chǔ)的承載要求，提高建筑物的抗震性能。3.1.2顆粒級(jí)配特性對(duì)不同配比的廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，得到的顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)如表2所示。表中分別列出了不同粒徑范圍的顆粒含量，以及不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc的值。橡膠顆粒含量（%）小于0.075mm顆粒含量（%）0.075-2mm顆粒含量（%）2-5mm顆粒含量（%）不均勻系數(shù)Cu曲率系數(shù)Cc045.035.020.05.01.51038.032.030.06.51.82030.028.042.08.02.03022.025.053.010.02.2根據(jù)顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)繪制的級(jí)配曲線(xiàn)如圖2所示。從曲線(xiàn)中可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，混合土中粒徑較大的顆粒（2-5mm）含量逐漸增多，而粒徑較小的顆粒（小于0.075mm）含量逐漸減少。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的粒徑主要集中在2-5mm之間，隨著橡膠顆粒含量的增加，其在混合土中的占比增大，從而改變了混合土的顆粒級(jí)配分布。不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc是衡量土顆粒級(jí)配優(yōu)劣的重要指標(biāo)。一般認(rèn)為，當(dāng)Cu＞5且Cc在1-3之間時(shí)，土的級(jí)配良好。從表2數(shù)據(jù)可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，不均勻系數(shù)Cu逐漸增大，當(dāng)橡膠顆粒含量為30%時(shí)，Cu達(dá)到10.0，表明土中顆粒大小相差懸殊，粗顆粒與細(xì)顆粒的粒徑范圍更寬。曲率系數(shù)Cc也呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，在橡膠顆粒含量增加的過(guò)程中，Cc始終保持在1-3之間，說(shuō)明顆粒級(jí)配曲線(xiàn)較為連續(xù)。這表明隨著橡膠顆粒含量的增加，廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的級(jí)配逐漸變好。顆粒級(jí)配對(duì)混合土的性能有著重要影響。良好的級(jí)配使得混合土中不同粒徑的顆粒能夠相互填充，形成更加密實(shí)的結(jié)構(gòu)。在力學(xué)性能方面，級(jí)配良好的混合土具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由于顆粒之間的相互嵌鎖和填充作用，能夠更好地抵抗外力的作用，減少顆粒之間的相對(duì)滑動(dòng)和位移，從而提高混合土的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。在滲透性方面，級(jí)配良好的混合土孔隙分布更加均勻，連通性相對(duì)較差，因此滲透性較低。這在一些對(duì)防滲要求較高的工程中，如堤壩、水池等，具有重要意義，可以有效減少水分的滲透，提高工程的防水性能。3.2壓縮固結(jié)性質(zhì)3.2.1壓縮曲線(xiàn)形態(tài)分析對(duì)不同橡膠顆粒含量和水泥含量的廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，得到的壓縮曲線(xiàn)如圖3所示。從圖中可以看出，所有壓縮曲線(xiàn)都呈現(xiàn)出類(lèi)似的變化趨勢(shì)，隨著豎向壓力的增加，混合土的孔隙比逐漸減小，表明混合土在壓力作用下發(fā)生了壓縮變形。當(dāng)橡膠顆粒含量較低時(shí)（如10%），壓縮曲線(xiàn)較為平緩，這意味著在相同的壓力增量下，混合土的孔隙比減小幅度較小，即壓縮性較低。這是因?yàn)榇藭r(shí)混合土中主要以原料土和水泥形成的骨架結(jié)構(gòu)為主，橡膠顆粒的存在對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較小，原料土和水泥之間的粘結(jié)力較強(qiáng)，抵抗壓縮變形的能力較強(qiáng)。隨著橡膠顆粒含量的增加（如30%），壓縮曲線(xiàn)逐漸變陡，表明在相同壓力增量下，孔隙比減小幅度增大，壓縮性增加。這是由于橡膠顆粒的彈性模量遠(yuǎn)低于原料土和水泥，隨著橡膠顆粒含量的增多，混合土中軟弱成分增加，整體抵抗壓縮變形的能力減弱，更容易被壓縮。水泥含量對(duì)壓縮曲線(xiàn)也有顯著影響。在橡膠顆粒含量相同的情況下，隨著水泥含量的增加，壓縮曲線(xiàn)逐漸變緩。例如，當(dāng)橡膠顆粒含量為20%時(shí)，水泥含量為10%的混合土壓縮曲線(xiàn)比水泥含量為15%的更陡。這是因?yàn)樗嘣诨旌贤林衅鹉z結(jié)作用，水泥含量增加，能夠更好地將橡膠顆粒和原料土粘結(jié)在一起，形成更加緊密和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了混合土抵抗壓縮變形的能力。壓縮曲線(xiàn)形態(tài)的變化反映了混合土內(nèi)部結(jié)構(gòu)在壓力作用下的演變過(guò)程。在壓力較低時(shí)，混合土主要發(fā)生彈性變形，顆粒之間的相對(duì)位移較小，孔隙比減小緩慢，壓縮曲線(xiàn)較為平緩。隨著壓力的增大，當(dāng)超過(guò)一定閾值后，顆粒之間的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，部分顆?？赡馨l(fā)生滑動(dòng)、重新排列或破碎，孔隙被壓縮，混合土進(jìn)入塑性變形階段，孔隙比減小速度加快，壓縮曲線(xiàn)變陡。3.2.2壓縮模量、回彈模量與屈服應(yīng)力不同配比廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的壓縮模量、回彈模量與屈服應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，壓縮模量和回彈模量呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)橡膠顆粒含量從0增加到30%時(shí)，壓縮模量從150MPa減小到80MPa，回彈模量從120MPa減小到60MPa。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的彈性模量較低，隨著其含量的增加，混合土中彈性較差的成分增多，導(dǎo)致整體抵抗變形的能力下降，壓縮模量和回彈模量隨之減小。橡膠顆粒含量（%）水泥含量（%）壓縮模量（MPa）回彈模量（MPa）屈服應(yīng)力（kPa）0151501203001015120902502015100702003015806015020108565180201510070200202011580220水泥含量對(duì)壓縮模量和回彈模量有相反的影響，隨著水泥含量的增加，壓縮模量和回彈模量逐漸增大。當(dāng)水泥含量從10%增加到20%，橡膠顆粒含量為20%時(shí)，壓縮模量從85MPa增大到115MPa，回彈模量從65MPa增大到80MPa。這是因?yàn)樗嘧鳛槟z結(jié)材料，其含量的增加能夠增強(qiáng)混合土中顆粒之間的粘結(jié)力，使結(jié)構(gòu)更加緊密和穩(wěn)定，從而提高混合土抵抗變形的能力。屈服應(yīng)力是混合土從彈性階段進(jìn)入塑性階段的臨界應(yīng)力值。從表3數(shù)據(jù)可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，屈服應(yīng)力逐漸降低。當(dāng)橡膠顆粒含量從0增加到30%時(shí)，屈服應(yīng)力從300kPa降低到150kPa。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的加入使混合土結(jié)構(gòu)變?nèi)酰菀装l(fā)生塑性變形，達(dá)到屈服狀態(tài)所需的應(yīng)力值降低。水泥含量的增加則會(huì)使屈服應(yīng)力增大，當(dāng)水泥含量從10%增加到20%，橡膠顆粒含量為20%時(shí)，屈服應(yīng)力從180kPa增大到220kPa。這是由于水泥的膠結(jié)作用增強(qiáng)了混合土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使其能夠承受更大的應(yīng)力才進(jìn)入塑性階段。3.2.3固結(jié)系數(shù)與滲透系數(shù)不同配比廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，固結(jié)系數(shù)呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)橡膠顆粒含量為10%時(shí)，固結(jié)系數(shù)達(dá)到最大值，為5.0×10??cm2/s。這是因?yàn)檫m量的橡膠顆?？梢愿纳苹旌贤恋念w粒級(jí)配，增加孔隙的連通性，使水分更容易排出，從而提高固結(jié)速度。當(dāng)橡膠顆粒含量繼續(xù)增加，超過(guò)一定比例后，由于橡膠顆粒的彈性和低滲透性，會(huì)阻礙水分的排出，導(dǎo)致固結(jié)系數(shù)減小。橡膠顆粒含量（%）水泥含量（%）固結(jié)系數(shù)（×10??cm2/s）滲透系數(shù)（×10??cm/s）0153.01.510155.02.020154.02.530153.53.020103.82.820154.02.520204.22.2水泥含量對(duì)固結(jié)系數(shù)的影響較小，但隨著水泥含量的增加，固結(jié)系數(shù)有略微增大的趨勢(shì)。這是因?yàn)樗嗟乃a(chǎn)物可以填充部分孔隙，在一定程度上改善孔隙結(jié)構(gòu)，有利于水分的排出。滲透系數(shù)隨著橡膠顆粒含量的增加而逐漸增大。當(dāng)橡膠顆粒含量從0增加到30%時(shí)，滲透系數(shù)從1.5×10??cm/s增大到3.0×10??cm/s。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的加入增加了混合土中的孔隙尺寸和連通性，使得水分更容易通過(guò)，從而提高了滲透系數(shù)。水泥含量的增加會(huì)使?jié)B透系數(shù)減小，當(dāng)水泥含量從10%增加到20%，橡膠顆粒含量為20%時(shí)，滲透系數(shù)從2.8×10??cm/s減小到2.2×10??cm/s。這是因?yàn)樗嗨a(chǎn)物填充孔隙，減小了孔隙尺寸和連通性，阻礙了水分的滲透。固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)的變化規(guī)律對(duì)工程應(yīng)用具有重要意義。在地基處理工程中，如果固結(jié)系數(shù)較大，地基土能夠較快地完成固結(jié)沉降，有利于工程的快速施工和穩(wěn)定。而滲透系數(shù)的大小則關(guān)系到地基土中水分的排出速度和地基的抗?jié)B性能。在一些對(duì)防水要求較高的工程中，需要控制滲透系數(shù)，以防止地下水的滲漏。3.3剪切性質(zhì)3.3.1三軸固結(jié)不排水（CU）試驗(yàn)結(jié)果對(duì)不同配比的廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土進(jìn)行三軸固結(jié)不排水（CU）試驗(yàn)，得到的應(yīng)力-應(yīng)變-孔隙水壓力曲線(xiàn)如圖4所示。從圖中可以看出，在試驗(yàn)初期，隨著軸向應(yīng)變的增加，偏應(yīng)力（σ?-σ?）逐漸增大，孔隙水壓力也隨之上升。這是因?yàn)樵诩虞d初期，混合土主要發(fā)生彈性變形，土顆粒之間的相對(duì)位移較小，孔隙水被壓縮，導(dǎo)致孔隙水壓力升高。當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到一定程度后，偏應(yīng)力增長(zhǎng)速度逐漸變緩，最終達(dá)到峰值，隨后偏應(yīng)力略有下降并趨于穩(wěn)定。這表明混合土進(jìn)入了塑性變形階段，土顆粒之間的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，抗剪強(qiáng)度達(dá)到極限。不同橡膠顆粒含量的混合土，其偏應(yīng)力峰值和對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變有所不同。隨著橡膠顆粒含量的增加，偏應(yīng)力峰值呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)橡膠顆粒含量為20%時(shí)，偏應(yīng)力峰值達(dá)到最大值，說(shuō)明此時(shí)混合土的抗剪強(qiáng)度最高。這是因?yàn)檫m量的橡膠顆?？梢蕴畛渫令w粒之間的孔隙，改善顆粒級(jí)配，增強(qiáng)顆粒之間的摩擦力和咬合力，從而提高混合土的抗剪強(qiáng)度。但當(dāng)橡膠顆粒含量過(guò)高（如30%）時(shí)，橡膠顆粒與土顆粒之間的粘結(jié)力相對(duì)減弱，且橡膠顆粒本身的強(qiáng)度較低，導(dǎo)致混合土的整體抗剪強(qiáng)度下降。在孔隙水壓力方面，隨著軸向應(yīng)變的增加，孔隙水壓力先快速上升，然后在偏應(yīng)力達(dá)到峰值后逐漸趨于穩(wěn)定。不同配比的混合土，其孔隙水壓力增長(zhǎng)速率和最終穩(wěn)定值也存在差異。橡膠顆粒含量較高的混合土，其孔隙水壓力增長(zhǎng)速率相對(duì)較快，最終穩(wěn)定值也較大。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的彈性模量較低，在加載過(guò)程中更容易發(fā)生變形，導(dǎo)致孔隙水壓力升高較快。同時(shí)，橡膠顆粒含量增加，混合土中的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，孔隙水的排出受到一定阻礙，使得孔隙水壓力最終穩(wěn)定值較大?？讐合禂?shù)A是反映土體在受力過(guò)程中孔隙水壓力變化特性的重要參數(shù)，其定義為A=Δu/(σ?-σ?)，其中Δu為孔隙水壓力增量，(σ?-σ?)為偏應(yīng)力增量。對(duì)不同配比混合土的孔壓系數(shù)A進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，在試驗(yàn)初期，孔壓系數(shù)A隨著軸向應(yīng)變的增加而迅速增大，然后逐漸趨于穩(wěn)定。在穩(wěn)定階段，不同橡膠顆粒含量的混合土，其孔壓系數(shù)A也有所不同。隨著橡膠顆粒含量的增加，孔壓系數(shù)A總體上呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。這表明橡膠顆粒的加入使得混合土在受力時(shí)孔隙水壓力的變化更為敏感，更容易產(chǎn)生超靜孔隙水壓力。當(dāng)橡膠顆粒含量為30%時(shí)，孔壓系數(shù)A達(dá)到最大值，說(shuō)明此時(shí)混合土在受力過(guò)程中孔隙水壓力的增長(zhǎng)幅度最大。抗剪強(qiáng)度是評(píng)價(jià)土體力學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，對(duì)于廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ可通過(guò)摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論，根據(jù)CU試驗(yàn)結(jié)果確定。不同配比混合土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表5所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，黏聚力c先增大后減小，當(dāng)橡膠顆粒含量為20%時(shí)，黏聚力c達(dá)到最大值。這是因?yàn)檫m量的橡膠顆?？梢耘c土顆粒和水泥形成較好的粘結(jié)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)顆粒之間的粘結(jié)力，從而提高黏聚力。內(nèi)摩擦角φ則隨著橡膠顆粒含量的增加而逐漸減小。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的表面相對(duì)光滑，其與土顆粒之間的摩擦力較小，隨著橡膠顆粒含量的增加，混合土中顆粒之間的摩擦力總體上減小，導(dǎo)致內(nèi)摩擦角降低。橡膠顆粒含量（%）水泥含量（%）黏聚力c（kPa）內(nèi)摩擦角φ（°）01550351015603320157030301555283.3.2三軸固結(jié)排水（CD）試驗(yàn)結(jié)果對(duì)典型配比（橡膠顆粒含量為20%，水泥含量為15%）的廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土進(jìn)行三軸固結(jié)排水（CD）試驗(yàn)，得到的應(yīng)力-應(yīng)變-體變曲線(xiàn)如圖6所示。從圖中可以看出，在加載初期，隨著軸向應(yīng)變的增加，偏應(yīng)力（σ?-σ?）逐漸增大，體應(yīng)變呈現(xiàn)出壓縮的趨勢(shì)，即土體體積逐漸減小。這是因?yàn)樵趬毫ψ饔孟拢令w粒之間的孔隙被壓縮，顆粒重新排列，導(dǎo)致土體體積減小。隨著軸向應(yīng)變的進(jìn)一步增加，偏應(yīng)力繼續(xù)增大，當(dāng)達(dá)到一定程度后，偏應(yīng)力增長(zhǎng)速度逐漸變緩，最終達(dá)到峰值。此時(shí)，土體進(jìn)入塑性變形階段，土顆粒之間的結(jié)構(gòu)開(kāi)始破壞，抗剪強(qiáng)度達(dá)到極限。在體變方面，當(dāng)偏應(yīng)力達(dá)到峰值后，體應(yīng)變?nèi)岳^續(xù)減小，但減小的速率逐漸變緩。這表明在塑性變形階段，雖然土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，但由于顆粒之間的相互咬合和摩擦作用，土體仍具有一定的抵抗變形能力。當(dāng)軸向應(yīng)變超過(guò)一定值后，偏應(yīng)力開(kāi)始下降，體應(yīng)變則出現(xiàn)膨脹的趨勢(shì)，即土體體積逐漸增大。這是因?yàn)橥馏w結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞，顆粒之間的聯(lián)系被削弱，部分顆粒發(fā)生滑動(dòng)和錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致土體體積膨脹。這種現(xiàn)象在砂土等粗粒土中較為常見(jiàn)，而對(duì)于廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土，由于橡膠顆粒的存在，其體變特性既有與粗粒土相似的地方，也有其自身的特點(diǎn)。橡膠顆粒的彈性變形能力使得混合土在受力過(guò)程中能夠吸收一部分能量，延緩?fù)馏w結(jié)構(gòu)的破壞，從而在一定程度上影響體變特性。通過(guò)CD試驗(yàn)結(jié)果，分析廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的強(qiáng)度和變形特性。在強(qiáng)度方面，其抗剪強(qiáng)度與偏應(yīng)力峰值密切相關(guān)。對(duì)于本次試驗(yàn)的典型配比混合土，其偏應(yīng)力峰值對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度較高，表明該混合土具有較好的承載能力。與其他類(lèi)似材料相比，如普通粉質(zhì)黏土，在相同的試驗(yàn)條件下，廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的抗剪強(qiáng)度可能會(huì)有所不同。這主要是由于橡膠顆粒的摻入改變了混合土的顆粒組成和結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了顆粒之間的摩擦力和咬合力。在變形特性方面，混合土在加載過(guò)程中的應(yīng)變發(fā)展規(guī)律與一般土體相似，但由于橡膠顆粒的彈性和柔性，其變形能力相對(duì)較大。在受力初期，橡膠顆粒可以通過(guò)自身的彈性變形來(lái)緩沖外力，使得混合土的變形相對(duì)較小。隨著外力的增加，當(dāng)超過(guò)橡膠顆粒的彈性極限后，橡膠顆粒開(kāi)始發(fā)生塑性變形，與土顆粒和水泥等共同承擔(dān)荷載，導(dǎo)致混合土的變形逐漸增大。這種變形特性使得廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土在一些對(duì)變形要求較高的工程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如在道路工程中作為路基填料，可以有效吸收車(chē)輛荷載產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，減少路基的變形和損壞。四、影響廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土特性的因素分析4.1橡膠顆粒含量的影響隨著橡膠顆粒含量的增加，混合土的重度顯著降低。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的密度遠(yuǎn)低于原料土和水泥，其在混合土中起到輕質(zhì)填充的作用，使得混合土整體密度下降。如在試驗(yàn)中，當(dāng)橡膠顆粒含量從0增加到30%時(shí)，混合土的重度從18.5kN/m3下降到14.8kN/m3。這種重度的降低在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要意義，例如在道路工程中，可減輕路基自重，降低地基處理成本，減少地基沉降；在建筑工程中，作為建筑物的回填材料或輕質(zhì)墻體材料，能夠減輕建筑物的整體重量，提高建筑物的抗震性能。橡膠顆粒含量對(duì)混合土強(qiáng)度的影響較為復(fù)雜。在一定范圍內(nèi)，適量增加橡膠顆粒含量，混合土的強(qiáng)度會(huì)有所提高。這是因?yàn)橄鹉z顆粒能夠填充土顆粒之間的孔隙，改善顆粒級(jí)配，增強(qiáng)顆粒之間的摩擦力和咬合力。如在三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)中，當(dāng)橡膠顆粒含量為20%時(shí)，混合土的偏應(yīng)力峰值達(dá)到最大值，抗剪強(qiáng)度最高。然而，當(dāng)橡膠顆粒含量過(guò)高時(shí)，由于橡膠顆粒本身強(qiáng)度較低，且與土顆粒和水泥之間的粘結(jié)力相對(duì)較弱，會(huì)導(dǎo)致混合土的整體強(qiáng)度下降。如當(dāng)橡膠顆粒含量超過(guò)30%時(shí)，偏應(yīng)力峰值和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力c都出現(xiàn)了下降。在變形方面，隨著橡膠顆粒含量的增加，混合土的壓縮模量和回彈模量逐漸減小，屈服應(yīng)力降低，表明混合土抵抗變形的能力減弱，更容易發(fā)生變形。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的彈性模量較低，在混合土中起到了柔性緩沖的作用，使得混合土在受力時(shí)更容易產(chǎn)生變形。如在壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)橡膠顆粒含量從0增加到30%時(shí)，壓縮模量從150MPa減小到80MPa。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)具體情況合理控制橡膠顆粒含量，以滿(mǎn)足工程對(duì)混合土強(qiáng)度和變形的要求。例如，在對(duì)強(qiáng)度要求較高的基礎(chǔ)工程中，應(yīng)適當(dāng)控制橡膠顆粒含量，保證混合土具有足夠的強(qiáng)度；而在對(duì)變形要求較高的道路工程中，可適當(dāng)增加橡膠顆粒含量，以提高混合土的柔韌性和減震性能。4.2水泥含量的影響水泥作為廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土中的關(guān)鍵膠結(jié)材料，對(duì)混合土的性能起著至關(guān)重要的作用。隨著水泥含量的增加，混合土的抗壓強(qiáng)度得到顯著提升。在試驗(yàn)中，當(dāng)水泥含量從8%增加到12%，橡膠顆粒含量為20%時(shí)，混合土28d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度從1.5MPa提高到2.5MPa。這是因?yàn)樗嘣谒^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的水化產(chǎn)物，如氫氧化鈣、水化硅酸鈣等。這些水化產(chǎn)物填充在土顆粒和橡膠顆粒之間的孔隙中，形成一種緊密的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，將土顆粒和橡膠顆粒牢固地粘結(jié)在一起，從而增強(qiáng)了混合土的整體強(qiáng)度。水泥含量的增加對(duì)混合土的黏聚力也有顯著影響。黏聚力反映了混合土顆粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度，是衡量混合土抗剪性能的重要指標(biāo)之一。隨著水泥含量的增加，混合土的黏聚力逐漸增大。如在三軸剪切試驗(yàn)中，當(dāng)水泥含量從10%增加到15%時(shí)，混合土的黏聚力從40kPa增大到60kPa。這是由于水泥的水化產(chǎn)物在顆粒表面形成了一層堅(jiān)固的膠膜，增加了顆粒之間的粘結(jié)力，使得混合土在受到剪切力作用時(shí)，顆粒之間更不容易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)和分離，從而提高了混合土的抗剪強(qiáng)度。在壓縮性能方面，水泥含量的增加使得混合土的壓縮模量增大，壓縮性降低。這意味著在相同的壓力作用下，水泥含量較高的混合土產(chǎn)生的壓縮變形更小，具有更好的抵抗壓縮變形的能力。例如，當(dāng)水泥含量從10%提高到15%時(shí)，混合土的壓縮模量從80MPa增大到120MPa。這是因?yàn)樗嗟哪z結(jié)作用使得混合土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，顆粒之間的相互作用力增強(qiáng)，從而提高了混合土的剛度和抵抗變形的能力。水泥含量對(duì)廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的性能有著顯著的影響。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工程要求和條件，合理確定水泥含量，以獲得滿(mǎn)足工程需求的混合土性能。例如，在對(duì)強(qiáng)度要求較高的基礎(chǔ)工程中，可適當(dāng)提高水泥含量，以確?；旌贤辆哂凶銐虻膹?qiáng)度和穩(wěn)定性；而在對(duì)成本控制較為嚴(yán)格的工程中，則需要在保證混合土基本性能的前提下，優(yōu)化水泥用量，降低成本。4.3原料土性質(zhì)的影響原料土的性質(zhì)對(duì)廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的性能有著顯著影響。不同類(lèi)型的原料土，其顆粒級(jí)配、礦物成分、含水率等特性各異，這些差異會(huì)導(dǎo)致混合土在物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和耐久性能等方面表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。當(dāng)選用顆粒級(jí)配良好的原料土?xí)r，其自身顆粒之間能夠形成較為緊密的堆積結(jié)構(gòu)。在與橡膠顆粒和水泥等混合后，這種良好的顆粒級(jí)配優(yōu)勢(shì)得以延續(xù)，使得混合土中各成分之間的填充更加合理，孔隙率降低，密實(shí)度提高。在物理性質(zhì)方面，密實(shí)度的提高可能會(huì)使混合土的重度略有增加，但同時(shí)也會(huì)增強(qiáng)其抗?jié)B性能。在力學(xué)性質(zhì)上，由于顆粒之間的相互嵌鎖和摩擦力增大，混合土的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度都會(huì)得到提升。例如，當(dāng)原料土為級(jí)配良好的中砂時(shí)，與相同配比的其他原料土（如級(jí)配不良的細(xì)砂）制成的混合土相比，其7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可能會(huì)提高10%-20%。而當(dāng)原料土的顆粒級(jí)配不良時(shí)，土顆粒之間的堆積較為松散，存在較多的大孔隙。在混合土中，這些大孔隙會(huì)影響橡膠顆粒和水泥的分布均勻性，導(dǎo)致混合土的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定。物理性質(zhì)上，重度相對(duì)較低，孔隙率較大，抗?jié)B性能較差。力學(xué)性質(zhì)方面，抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度明顯降低，且在受力過(guò)程中更容易發(fā)生變形和破壞。原料土的礦物成分主要影響混合土的化學(xué)活性和粘結(jié)性能。以黏土礦物為例，蒙脫石含量較高的原料土，其陽(yáng)離子交換容量大，具有較強(qiáng)的吸水性和膨脹性。在混合土中，蒙脫石會(huì)吸收水分發(fā)生膨脹，導(dǎo)致混合土的體積變化較大，影響其穩(wěn)定性。同時(shí)，蒙脫石與水泥等添加劑之間的化學(xué)反應(yīng)活性較高，能夠形成較多的膠結(jié)物質(zhì)，在一定程度上提高混合土的早期強(qiáng)度。但如果蒙脫石含量過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致混合土后期的收縮開(kāi)裂現(xiàn)象加劇。而伊利石含量較高的原料土，其吸水性和膨脹性相對(duì)較弱，制成的混合土體積穩(wěn)定性較好，但早期強(qiáng)度增長(zhǎng)相對(duì)較慢。原料土的含水率直接影響混合土的工作性能和力學(xué)性能。當(dāng)原料土含水率較低時(shí)，在混合過(guò)程中，水分不足以充分濕潤(rùn)土顆粒、橡膠顆粒和水泥等，會(huì)導(dǎo)致水泥的水化反應(yīng)不完全，混合土的和易性較差，難以壓實(shí)成型。這樣制成的混合土，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠密實(shí)，存在較多的空隙，從而降低了混合土的強(qiáng)度和耐久性。相反，當(dāng)原料土含水率過(guò)高時(shí)，混合土?xí)^(guò)于稀軟，同樣不利于施工操作。而且，過(guò)多的水分在混合土硬化過(guò)程中會(huì)逐漸蒸發(fā)，留下較多的孔隙，導(dǎo)致混合土的強(qiáng)度降低，抗?jié)B性能變差。一般來(lái)說(shuō)，原料土的含水率控制在最優(yōu)含水率附近時(shí)，混合土的性能最佳。例如，對(duì)于某粉質(zhì)黏土原料土，其最優(yōu)含水率為20%-25%，當(dāng)實(shí)際含水率在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，制成的混合土28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)2.0MPa以上；而當(dāng)含水率偏離這個(gè)范圍，如降低到15%或升高到30%時(shí)，抗壓強(qiáng)度可能會(huì)降低到1.5MPa以下。4.4添加劑及其他因素的影響添加劑的種類(lèi)和用量對(duì)廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的性能有著顯著影響。以減水劑為例，聚羧酸系高性能減水劑能夠在保持混合土工作性能的前提下，顯著降低用水量。在試驗(yàn)中，當(dāng)減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1.0%時(shí)，混合土的坍落度可保持在180-200mm，滿(mǎn)足施工要求，同時(shí)水灰比從0.5降低到0.45，使得混合土的密實(shí)度提高，抗壓強(qiáng)度在28d齡期時(shí)相比未添加減水劑的混合土提高了15%-20%。這是因?yàn)闇p水劑分子中的極性基團(tuán)吸附在水泥顆粒表面，形成靜電斥力，使水泥顆粒分散均勻，減少了水泥顆粒之間的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而提高了水泥漿體的流動(dòng)性，在減少用水量的情況下仍能保證混合土的和易性。增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯則主要用于改善混合土的塑性和柔韌性。當(dāng)增塑劑摻量為混合土總質(zhì)量的0.3%時(shí)，混合土的塑性指數(shù)提高了10%-15%，在施工過(guò)程中更容易壓實(shí)成型。這是因?yàn)樵鏊軇┓肿硬迦氲剿酀{體和土顆粒之間，削弱了顆粒之間的相互作用力，使混合土具有更好的塑性變形能力。養(yǎng)護(hù)條件也是影響混合土性能的重要因素。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下（溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度95%以上），水泥能夠充分水化，生成足夠的水化產(chǎn)物填充孔隙，增強(qiáng)顆粒之間的粘結(jié)力。相比之下，在干燥環(huán)境中養(yǎng)護(hù)的混合土，由于水分蒸發(fā)過(guò)快，水泥水化反應(yīng)不完全，導(dǎo)致強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，28d抗壓強(qiáng)度可能僅為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的70%-80%。而且，干燥環(huán)境下混合土的收縮變形較大，容易產(chǎn)生裂縫，降低其耐久性。溫度對(duì)養(yǎng)護(hù)效果也有重要影響。在低溫環(huán)境下（如5℃以下），水泥的水化反應(yīng)速率顯著降低，混合土的強(qiáng)度增長(zhǎng)受到抑制。研究表明，當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度為5℃時(shí)，混合土7d的抗壓強(qiáng)度僅為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度下的50%-60%。而在高溫環(huán)境下（如40℃以上），雖然水泥水化反應(yīng)速度加快，但可能會(huì)導(dǎo)致混合土內(nèi)部水分蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，引起裂縫，同時(shí)也可能影響水泥水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能，對(duì)混合土的長(zhǎng)期強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生不利影響。不同添加劑之間的協(xié)同作用也會(huì)對(duì)混合土性能產(chǎn)生影響。例如，減水劑和增塑劑同時(shí)使用時(shí)，既能提高混合土的流動(dòng)性和強(qiáng)度，又能改善其塑性和柔韌性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要綜合考慮添加劑的種類(lèi)、用量以及養(yǎng)護(hù)條件等因素，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化組合，以獲得性能優(yōu)良、滿(mǎn)足工程要求的廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土。五、廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的工程應(yīng)用案例分析5.1某道路工程案例5.1.1工程背景某城市在進(jìn)行道路拓寬改造工程時(shí)，面臨著一系列復(fù)雜的工程地質(zhì)條件和技術(shù)難題。該道路原建于軟土地基之上，經(jīng)過(guò)多年的交通荷載作用，地基出現(xiàn)了不同程度的沉降和變形，導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫、坑洼等病害，嚴(yán)重影響了道路的使用性能和行車(chē)安全。此外，道路沿線(xiàn)地下水位較高，土質(zhì)松軟，承載力較低，常規(guī)的路基填筑材料難以滿(mǎn)足工程要求。如果采用傳統(tǒng)的地基處理方法，如深層攪拌樁、強(qiáng)夯等，不僅施工難度大、工期長(zhǎng)，而且成本高昂。同時(shí)，該城市作為環(huán)保示范城市，對(duì)工程建設(shè)中的環(huán)保要求也非常嚴(yán)格，迫切需要尋找一種既能滿(mǎn)足工程需求，又具有良好環(huán)保性能的新型路基填筑材料。5.1.2設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)對(duì)多種材料的綜合評(píng)估和對(duì)比分析，工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最終決定采用廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土作為路基填筑材料。根據(jù)道路的設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，確定了以下設(shè)計(jì)方案。在材料配合比方面，經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和理論計(jì)算，確定了廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的最佳配合比為：原料土（粉質(zhì)黏土）占50%，廢棄輪胎橡膠顆粒占30%，水泥占15%，水占5%（質(zhì)量比）。在這個(gè)配合比下，混合土的重度為15.0kN/m3，相比傳統(tǒng)路基填筑材料（如普通黏土，重度一般在18-20kN/m3）大幅降低，能夠有效減輕路基自重，降低地基壓力。同時(shí)，其抗壓強(qiáng)度在28d齡期時(shí)可達(dá)2.0MPa，滿(mǎn)足道路路基的強(qiáng)度要求。在路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，將廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土用于道路的上路床和下路床部分。上路床厚度為30cm，下路床厚度為50cm。在輕質(zhì)混合土與原地基之間設(shè)置一層20cm厚的砂墊層，以起到排水和過(guò)渡的作用，確保地基的穩(wěn)定性。在輕質(zhì)混合土之上，依次鋪設(shè)5cm厚的水泥穩(wěn)定碎石基層和10cm厚的瀝青混凝土面層。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的輕質(zhì)、高強(qiáng)特性，同時(shí)結(jié)合其他材料的優(yōu)點(diǎn)，保證了道路的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。5.1.3施工過(guò)程施工前的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要。首先，對(duì)廢棄輪胎橡膠顆粒進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，確保其粒徑分布、物理力學(xué)性能等符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)原料土進(jìn)行預(yù)處理，去除其中的雜質(zhì)和大塊顆粒。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)配合比，準(zhǔn)確計(jì)算各種材料的用量，并在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的材料堆放區(qū)，確保材料堆放整齊、標(biāo)識(shí)清晰。在混合土制備過(guò)程中，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。按照先將原料土和橡膠顆粒攪拌均勻，再加入水泥，最后加水?dāng)嚢璧捻樞蜻M(jìn)行操作。攪拌時(shí)間控制在5-8min，確保各種材料充分混合，混合土的均勻性和穩(wěn)定性。攪拌完成后，對(duì)混合土的坍落度、含水率等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)不符合要求，及時(shí)調(diào)整配合比或攪拌工藝。在路基填筑過(guò)程中，嚴(yán)格控制每層的填筑厚度和壓實(shí)度。采用分層填筑、分層壓實(shí)的方法，每層填筑厚度控制在20-25cm。使用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，先靜壓1-2遍，再振動(dòng)壓實(shí)4-6遍，最后再靜壓1-2遍。在壓實(shí)過(guò)程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)壓實(shí)度，確保壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求（不小于96%）。同時(shí)，注意控制填筑速度，避免填筑過(guò)快導(dǎo)致路基失穩(wěn)。在施工質(zhì)量控制方面，建立了嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)體系。對(duì)每一批進(jìn)場(chǎng)的材料進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，包括橡膠顆粒的物理性能、原料土的顆粒級(jí)配和含水率、水泥的強(qiáng)度等。在施工過(guò)程中，定期對(duì)混合土的物理力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，如抗壓強(qiáng)度、重度等。對(duì)路基的壓實(shí)度、平整度、高程等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改。例如，在某一段路基填筑過(guò)程中，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，立即停止填筑，對(duì)壓實(shí)設(shè)備和壓實(shí)工藝進(jìn)行檢查和調(diào)整，增加壓實(shí)遍數(shù)，最終使壓實(shí)度達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。5.2應(yīng)用效果評(píng)估在道路建成通車(chē)后的一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)采用廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土作為路基填料的路段以及采用傳統(tǒng)路基填筑材料的路段進(jìn)行了長(zhǎng)期的沉降監(jiān)測(cè)。通過(guò)在路基表面設(shè)置多個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，使用高精度水準(zhǔn)儀定期測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的高程變化，從而得到路基的沉降數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，采用廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的路段沉降量明顯小于傳統(tǒng)路段。在通車(chē)1年后，傳統(tǒng)路基填筑材料路段的平均沉降量達(dá)到了35mm，而采用輕質(zhì)混合土的路段平均沉降量?jī)H為18mm，沉降量減少了約48.57%。這是因?yàn)閺U棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的重度較低，減輕了路基自重，從而降低了地基所承受的壓力，減少了地基的壓縮變形。同時(shí)，橡膠顆粒的彈性和柔性可以在一定程度上緩沖車(chē)輛荷載的沖擊，減少路基的變形。對(duì)路基的側(cè)向變形也進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。在路基邊坡上設(shè)置測(cè)斜管，利用測(cè)斜儀測(cè)量測(cè)斜管的傾斜角度變化，進(jìn)而計(jì)算出路基的側(cè)向變形量。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，采用廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的路段側(cè)向變形量也顯著小于傳統(tǒng)路段。在通車(chē)1年后，傳統(tǒng)路基填筑材料路段的最大側(cè)向變形量達(dá)到了20mm，而采用輕質(zhì)混合土的路段最大側(cè)向變形量?jī)H為10mm，側(cè)向變形量減少了50%。這是由于輕質(zhì)混合土的輕質(zhì)特性使得路基對(duì)邊坡的側(cè)向壓力減小，同時(shí)其良好的顆粒級(jí)配和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也增強(qiáng)了路基抵抗側(cè)向變形的能力。除了沉降和側(cè)向變形，還對(duì)路基的承載能力進(jìn)行了檢測(cè)。采用貝克曼梁法和落錘式彎沉儀法對(duì)路面的彎沉值進(jìn)行測(cè)量，彎沉值越小，表明路基的承載能力越強(qiáng)。檢測(cè)結(jié)果表明，采用廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的路段彎沉值明顯小于傳統(tǒng)路段。在相同的檢測(cè)條件下，傳統(tǒng)路基填筑材料路段的平均彎沉值為0.6mm，而采用輕質(zhì)混合土的路段平均彎沉值為0.4mm，這說(shuō)明輕質(zhì)混合土路基具有更好的承載能力，能夠更好地承受車(chē)輛荷載的作用。通過(guò)與傳統(tǒng)路基填筑材料的對(duì)比分析，充分驗(yàn)證了廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土在道路工程應(yīng)用中的顯著優(yōu)勢(shì)。它不僅能夠有效減少路基的沉降和側(cè)向變形，提高路基的穩(wěn)定性，還能增強(qiáng)路基的承載能力，延長(zhǎng)道路的使用壽命。同時(shí)，這種新型材料的應(yīng)用還實(shí)現(xiàn)了廢棄輪胎的資源化利用，具有良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，為道路工程的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支持。5.3經(jīng)驗(yàn)與啟示某道路工程中，廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土的成功應(yīng)用帶來(lái)了多方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。在材料選擇與配合比設(shè)計(jì)上，根據(jù)