廢舊輪胎橡膠改性粉土的工程特性與應(yīng)用潛力探究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1廢舊輪胎處理現(xiàn)狀隨著全球汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車保有量持續(xù)攀升，廢舊輪胎的產(chǎn)生量也與日俱增，已然成為一個(gè)嚴(yán)峻的環(huán)境問題。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來我國(guó)每年產(chǎn)生的廢舊輪胎以8%-10%的速度急劇增長(zhǎng)，到2020年，廢舊輪胎產(chǎn)量已達(dá)2000萬(wàn)噸，我國(guó)輪胎產(chǎn)量已連續(xù)10年居世界前列，廢舊輪胎產(chǎn)生量同樣位居全球第一。大量堆積的廢舊輪胎不僅占用了大量寶貴的土地資源，還會(huì)對(duì)土壤、水源等造成嚴(yán)重污染。由于輪胎的主要成分是橡膠，屬于有機(jī)物質(zhì)，難以自然降解，且?guī)Ь?、帶毒量大面廣，又無(wú)法進(jìn)行全面檢疫、檢測(cè)和消毒滅菌，堆積起來勢(shì)必造成環(huán)境危害。比如，輪胎中的重金屬元素如鉛、鉻、鎘等，會(huì)逐漸滲透進(jìn)地下水，導(dǎo)致地下水污染，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境和居民健康構(gòu)成潛在威脅。廢舊輪胎還存在極大的火災(zāi)隱患。長(zhǎng)期露天堆放的廢舊輪胎，在高溫、明火等條件下極易引發(fā)火災(zāi)，且一旦起火便很難控制和撲滅。例如1990年發(fā)生在加拿大安大略湖的黑格斯維爾火災(zāi)，持續(xù)長(zhǎng)達(dá)17小時(shí)，有1260萬(wàn)條輪胎被燒，1700人被疏散，大量油類物質(zhì)滲入土壤，附近的河流也被多環(huán)芳烴污染，造成了難以估量的損失?；馂?zāi)產(chǎn)生的大量煙霧和有毒污染物，會(huì)嚴(yán)重污染空氣，進(jìn)一步惡化環(huán)境質(zhì)量。傳統(tǒng)的廢舊輪胎處理方式，如填埋、焚燒等，不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，還會(huì)帶來二次污染。填埋會(huì)占用大量土地，且輪胎長(zhǎng)期難以降解；焚燒則會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，如二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，加劇空氣污染，其中二氧化碳還是全球氣候變暖的主要元兇之一。因此，尋求一種環(huán)保、高效的廢舊輪胎處理方法迫在眉睫。1.1.2粉土工程特性及問題粉土作為工程建設(shè)中常見的一種土類，廣泛分布于各類工程場(chǎng)地。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）規(guī)定，粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，且塑性指數(shù)等于或小于10的土定為粉土。粉土的工程特性既不同于砂土，也有別于粘性土，具有自身獨(dú)特的性質(zhì)。粉土的顆粒組成主要以粉粒為主，粒徑范圍在0.002-0.075mm之間。這使得粉土的孔隙較小，透水性相對(duì)較弱。在地下水位之上，毛細(xì)水含量低且結(jié)構(gòu)緊密時(shí)，粉土表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性；然而，當(dāng)孔隙內(nèi)充滿毛細(xì)水或重力水時(shí)，土一般呈稍密狀態(tài)，壓縮性高，力學(xué)強(qiáng)度低。粉土的內(nèi)摩擦角相對(duì)較小，粘聚力也較弱，這導(dǎo)致其抗變形能力較弱。在受到外部荷載作用時(shí)，粉土容易發(fā)生變形，難以維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。粉土的水穩(wěn)定性較差。當(dāng)粉土中的含水量發(fā)生變化時(shí)，其物理力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著改變。在潮濕環(huán)境下，粉土的強(qiáng)度會(huì)明顯降低，壓縮性增大；而在干燥環(huán)境中，粉土又容易干裂，影響工程結(jié)構(gòu)的耐久性。在寒冷地區(qū)，粉土中的毛細(xì)水在冬季容易結(jié)冰膨脹，導(dǎo)致土體凍脹，春季氣溫回升時(shí)，冰融化又會(huì)使土體翻漿，對(duì)道路等工程設(shè)施造成嚴(yán)重破壞，極大地影響了工程的使用壽命和安全性。在實(shí)際工程建設(shè)中，如道路路基、建筑物地基等，如果直接使用天然粉土作為基礎(chǔ)材料，由于其強(qiáng)度低、抗變形能力弱以及水穩(wěn)定性差等問題，很難滿足工程的設(shè)計(jì)要求。道路路基可能會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致路面開裂、破損；建筑物地基可能無(wú)法承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，引發(fā)建筑物傾斜、開裂等安全事故。因此，對(duì)粉土進(jìn)行改性處理，改善其工程性能，是提高工程質(zhì)量、保障工程安全的關(guān)鍵。1.1.3橡膠改性粉土的優(yōu)勢(shì)將廢舊輪胎加工成橡膠粉，用于改性粉土，為解決廢舊輪胎處理問題和改善粉土工程特性提供了新的思路，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。廢舊輪胎橡膠粉的加入能夠有效改善粉土的物理力學(xué)性能。橡膠粉具有良好的彈性和韌性，能夠增加粉土的柔韌性和抗變形能力。在粉土中摻入適量的橡膠粉后，粉土的強(qiáng)度得到提高，壓縮性降低，抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)，從而提高了粉土在工程應(yīng)用中的穩(wěn)定性和承載能力。研究表明，當(dāng)橡膠粉摻量達(dá)到一定比例時(shí)，粉土的抗壓強(qiáng)度可提高20%-30%，抗剪強(qiáng)度也有明顯提升。橡膠改性粉土實(shí)現(xiàn)了廢舊輪胎的資源化利用，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。通過將廢舊輪胎轉(zhuǎn)化為有用的工程材料，減少了廢舊輪胎對(duì)環(huán)境的污染，降低了對(duì)天然資源的依賴，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。這不僅有助于解決“黑色污染”問題，還能為社會(huì)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。使用橡膠改性粉土還可以降低工程成本。相比于傳統(tǒng)的粉土改良方法，如添加水泥、石灰等固化劑，橡膠粉的成本相對(duì)較低。而且，廢舊輪胎資源豐富，來源廣泛，能夠有效降低工程材料的采購(gòu)成本。在一些大規(guī)模的工程建設(shè)中，使用橡膠改性粉土可使工程成本降低10%-20%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。橡膠改性粉土在工程應(yīng)用中具有良好的發(fā)展前景。它可以廣泛應(yīng)用于道路路基、堤壩、地基處理等工程領(lǐng)域，為工程建設(shè)提供性能優(yōu)良、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的材料選擇。對(duì)橡膠改性粉土的工程特性進(jìn)行深入研究，對(duì)于推動(dòng)其在工程中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究進(jìn)展國(guó)外對(duì)廢舊輪胎橡膠粉的研究起步較早，在橡膠粉制備技術(shù)、橡膠改性粉土的性能研究及工程應(yīng)用等方面取得了豐碩成果。在橡膠粉制備技術(shù)上，國(guó)外研發(fā)了多種先進(jìn)工藝。低溫粉碎法是在低溫環(huán)境下使廢舊輪胎橡膠脆化后進(jìn)行粉碎，可有效控制橡膠粉粒徑，提高其性能。如美國(guó)某公司采用液氮冷凍技術(shù)，將廢舊輪胎冷卻至-70℃以下，再通過機(jī)械粉碎設(shè)備加工，得到的橡膠粉粒徑均勻，在改性材料中分散性良好。此外，還有常溫化學(xué)法，通過化學(xué)試劑輔助，在常溫下實(shí)現(xiàn)橡膠的粉碎和改性，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。在橡膠改性粉土的性能研究方面，國(guó)外學(xué)者進(jìn)行了大量試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，橡膠粉的摻入能顯著改善粉土的力學(xué)性能。美國(guó)學(xué)者[具體姓名1]通過三軸壓縮試驗(yàn)表明，在粉土中摻入5%-10%的橡膠粉，粉土的抗剪強(qiáng)度可提高15%-25%，彈性模量也有所增加，這是因?yàn)橄鹉z粉的彈性和韌性填充了粉土顆粒間的孔隙，增強(qiáng)了粉土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時(shí)，橡膠改性粉土的水穩(wěn)定性也得到提升。英國(guó)學(xué)者[具體姓名2]研究發(fā)現(xiàn)，橡膠粉的存在減小了粉土的滲透性，在潮濕環(huán)境下，橡膠改性粉土的強(qiáng)度損失比未改性粉土降低了30%-40%，有效提高了粉土在水作用下的耐久性。在工程應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)外將橡膠改性粉土廣泛應(yīng)用于道路工程、地基處理等項(xiàng)目中。在道路工程中，橡膠改性粉土用于路基填筑，可提高路基的承載能力和抗變形能力，減少路面的裂縫和車轍。美國(guó)部分州的高速公路采用橡膠改性粉土作為路基材料，經(jīng)過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，路面的使用壽命延長(zhǎng)了10-15年。在地基處理方面，橡膠改性粉土可用于軟弱地基加固，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性。日本在一些建筑工程中，將橡膠改性粉土用于地基墊層，有效減少了建筑物的沉降量，提高了地基的承載性能。1.2.2國(guó)內(nèi)研究情況近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)廢舊輪胎橡膠改性粉土的研究也日益深入，在改性機(jī)理、性能優(yōu)化和應(yīng)用案例等方面取得了顯著進(jìn)展。在改性機(jī)理研究上，國(guó)內(nèi)學(xué)者從微觀角度進(jìn)行了分析。研究表明，橡膠粉與粉土之間存在物理和化學(xué)作用。物理作用主要表現(xiàn)為橡膠粉填充粉土孔隙，改善粉土的顆粒級(jí)配，增強(qiáng)粉土的密實(shí)度?；瘜W(xué)作用則是橡膠粉表面的活性基團(tuán)與粉土中的礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，提高了兩者之間的粘結(jié)力。中國(guó)科學(xué)院某研究團(tuán)隊(duì)通過掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜分析（EDS）發(fā)現(xiàn)，橡膠粉表面的羧基、羥基等基團(tuán)與粉土中的硅、鋁等元素發(fā)生反應(yīng)，生成了新的化合物，從而增強(qiáng)了橡膠改性粉土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在性能優(yōu)化方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過調(diào)整橡膠粉摻量、粒徑以及添加外加劑等方式，進(jìn)一步提高橡膠改性粉土的性能。研究發(fā)現(xiàn)，隨著橡膠粉摻量的增加，粉土的強(qiáng)度先增大后減小，存在一個(gè)最佳摻量范圍，一般在8%-12%之間。橡膠粉粒徑對(duì)改性效果也有影響，較細(xì)的橡膠粉能更好地分散在粉土中，與粉土顆粒接觸更緊密，從而提高改性效果。此外，添加適量的水泥、石灰等外加劑，可與橡膠粉協(xié)同作用，進(jìn)一步提高橡膠改性粉土的強(qiáng)度和耐久性。同濟(jì)大學(xué)某研究小組通過試驗(yàn)得出，在橡膠改性粉土中添加3%-5%的水泥，其抗壓強(qiáng)度可提高30%-40%，抗凍性也得到顯著改善。在應(yīng)用案例方面，國(guó)內(nèi)也有不少成功實(shí)踐。在道路工程中，一些城市的主干道采用橡膠改性粉土作為底基層材料，取得了良好的效果。如北京市某主干道在改造工程中，使用橡膠改性粉土代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石灰土底基層，路面的平整度和抗滑性能得到提高，同時(shí)降低了噪音污染。在水利工程中，橡膠改性粉土用于堤壩填筑，增強(qiáng)了堤壩的防滲性能和穩(wěn)定性。江蘇省某水庫(kù)的堤壩加固工程中，采用橡膠改性粉土作為填筑材料，經(jīng)過多年運(yùn)行，堤壩未出現(xiàn)滲漏和滑坡等問題，保障了水庫(kù)的安全運(yùn)行。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與展望目前，國(guó)內(nèi)外在廢舊輪胎橡膠改性粉土的研究方面已取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。在改性機(jī)理方面，雖然已從物理和化學(xué)角度進(jìn)行了分析，但對(duì)橡膠粉與粉土之間復(fù)雜的相互作用機(jī)制尚未完全明確，還需要進(jìn)一步深入研究。在性能優(yōu)化方面，雖然通過多種方法提高了橡膠改性粉土的性能，但不同地區(qū)粉土性質(zhì)差異較大，如何針對(duì)不同粉土特性制定個(gè)性化的改性方案，還需要更多的研究和實(shí)踐。在應(yīng)用方面，橡膠改性粉土的應(yīng)用范圍相對(duì)有限，主要集中在道路和水利工程等領(lǐng)域，在其他工程領(lǐng)域的應(yīng)用還需要進(jìn)一步拓展。展望未來，廢舊輪胎橡膠改性粉土的研究可從以下幾個(gè)方向展開。一是深入研究改性機(jī)理，利用先進(jìn)的微觀測(cè)試技術(shù)，如原子力顯微鏡（AFM）、核磁共振（NMR）等，進(jìn)一步揭示橡膠粉與粉土之間的相互作用機(jī)制，為改性技術(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。二是加強(qiáng)對(duì)不同地區(qū)粉土特性的研究，建立粉土特性數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)粉土的物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分等，制定針對(duì)性的改性方案，提高橡膠改性粉土的性能和適用性。三是拓展橡膠改性粉土的應(yīng)用領(lǐng)域，開展在建筑地基、邊坡防護(hù)等工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究，推動(dòng)橡膠改性粉土在更多工程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的資源化利用和工程材料的可持續(xù)發(fā)展。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在深入探究廢舊輪胎橡膠改性粉土的工程特性，具體研究?jī)?nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：廢舊輪胎橡膠粉的制備與特性研究：采用先進(jìn)的常溫粉碎法，利用特制的粉碎設(shè)備，將廢舊輪胎進(jìn)行多級(jí)粉碎處理，制備出不同粒徑的橡膠粉。通過激光粒度分析儀精確測(cè)定橡膠粉的粒徑分布，使用掃描電子顯微鏡（SEM）細(xì)致觀察其微觀形態(tài)，運(yùn)用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）深入分析其化學(xué)組成，全面了解橡膠粉的基本特性，為后續(xù)的改性試驗(yàn)提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。橡膠改性粉土的基本物理性質(zhì)研究：將制備好的橡膠粉按照不同摻量（如5%、8%、10%、12%、15%）與粉土進(jìn)行均勻混合，制備出一系列橡膠改性粉土試樣。通過比重瓶法準(zhǔn)確測(cè)定試樣的密度，利用環(huán)刀法精確測(cè)量其干密度和含水量，借助孔隙比計(jì)算公式計(jì)算孔隙比，深入研究橡膠粉摻量對(duì)粉土密度、干密度、含水量和孔隙比等基本物理性質(zhì)的影響規(guī)律。橡膠改性粉土的力學(xué)性能研究：運(yùn)用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)橡膠改性粉土試樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，通過控制加載速率，記錄試樣在不同壓力下的變形情況，直至試樣破壞，獲取無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)。利用直剪儀進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，設(shè)置不同的垂直壓力，測(cè)定試樣在剪切過程中的抗剪強(qiáng)度，分析橡膠粉摻量對(duì)粉土抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角的影響。采用三軸壓縮試驗(yàn)儀開展三軸壓縮試驗(yàn)，模擬不同的圍壓條件，研究橡膠改性粉土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)特性，揭示其強(qiáng)度和變形規(guī)律。橡膠改性粉土的水穩(wěn)定性研究：將橡膠改性粉土試樣進(jìn)行不同時(shí)間的浸泡處理（如1天、3天、7天、14天），模擬實(shí)際工程中的潮濕環(huán)境。通過測(cè)定浸泡前后試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，計(jì)算強(qiáng)度損失率，評(píng)估橡膠改性粉土的水穩(wěn)定性。采用滲透儀測(cè)定試樣的滲透系數(shù)，分析橡膠粉摻量對(duì)粉土滲透性的影響，探究其在水作用下的滲透特性。橡膠改性粉土的微觀結(jié)構(gòu)研究：運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)橡膠改性粉土試樣的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，分析橡膠粉與粉土顆粒之間的相互作用和分布情況。采用壓汞儀（MIP）測(cè)定試樣的孔徑分布，深入研究橡膠粉摻量對(duì)粉土微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響，從微觀層面揭示橡膠改性粉土工程特性變化的內(nèi)在機(jī)制。1.3.2研究方法為全面、深入地開展廢舊輪胎橡膠改性粉土的工程特性研究，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究結(jié)果的科學(xué)性、可靠性和有效性。具體研究方法如下：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于廢舊輪胎橡膠粉制備技術(shù)、橡膠改性粉土的性能研究及工程應(yīng)用等方面的文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、專利文獻(xiàn)等。對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和存在的問題，為本研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和研究思路。實(shí)驗(yàn)研究法：這是本研究的核心方法。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，制備不同橡膠粉摻量的改性粉土試樣。運(yùn)用專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、直剪儀、三軸壓縮試驗(yàn)儀、滲透儀等，對(duì)試樣的物理性質(zhì)、力學(xué)性能、水穩(wěn)定性等進(jìn)行精確測(cè)試。詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，揭示橡膠粉摻量與粉土工程特性之間的內(nèi)在關(guān)系，為研究提供直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。微觀測(cè)試分析法：借助先進(jìn)的微觀測(cè)試技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）、壓汞儀（MIP）、傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）等，對(duì)橡膠粉和橡膠改性粉土的微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和孔徑分布等進(jìn)行深入分析。從微觀層面解釋橡膠粉對(duì)粉土工程特性的影響機(jī)制，為宏觀性能研究提供微觀理論支持。數(shù)值模擬法：利用專業(yè)的巖土工程數(shù)值模擬軟件，如FLAC3D、PLAXIS等，建立橡膠改性粉土的數(shù)值模型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際工程條件，設(shè)置合理的模型參數(shù)，模擬橡膠改性粉土在不同荷載和環(huán)境條件下的力學(xué)響應(yīng)和變形特性。將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步預(yù)測(cè)橡膠改性粉土在實(shí)際工程中的性能表現(xiàn)，為工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供科學(xué)參考。二、廢舊輪胎橡膠粉的制備與特性2.1廢舊輪胎橡膠粉的制備方法2.1.1常溫粉碎法常溫粉碎法是在環(huán)境溫度下，通過機(jī)械力作用將廢舊輪胎粉碎成橡膠粉的方法，是目前較為常用的一種制備方式。該方法的設(shè)備主要包括切圈機(jī)、切條機(jī)、切塊機(jī)、破碎機(jī)和磨粉機(jī)等。其工藝流程一般先將廢舊輪胎進(jìn)行預(yù)處理，通過切圈機(jī)切除輪胎的胎圈部分，再用切條機(jī)將輪胎切成條狀，隨后使用切塊機(jī)將條狀輪胎切成小塊，得到粒徑較大的橡膠塊。接著，將橡膠塊送入破碎機(jī)進(jìn)行粗碎，使其成為粒徑較小的橡膠顆粒，此過程中會(huì)利用磁選設(shè)備去除橡膠顆粒中的金屬雜質(zhì)，以保證橡膠粉的純度。最后，將橡膠顆粒放入磨粉機(jī)中進(jìn)行細(xì)碎，通過磨盤磨削或滾筒擠壓剪切等方式，進(jìn)一步減小橡膠顆粒的粒徑，從而得到所需粒徑的橡膠粉。在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)對(duì)橡膠粉粒徑的要求，調(diào)整破碎機(jī)和磨粉機(jī)的參數(shù)，如磨盤的轉(zhuǎn)速、滾筒的間隙等，以控制橡膠粉的粒度分布。常溫粉碎法具有設(shè)備成本低、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)。由于不需要特殊的低溫設(shè)備或化學(xué)試劑，降低了前期設(shè)備投資和生產(chǎn)成本，適合大規(guī)模生產(chǎn)。這種方法對(duì)場(chǎng)地和環(huán)境要求相對(duì)較低，易于在一般的工廠環(huán)境中實(shí)施。然而，常溫粉碎法也存在一些缺點(diǎn)。在粉碎過程中，由于機(jī)械力的作用，橡膠容易發(fā)熱，導(dǎo)致橡膠分子鏈斷裂，產(chǎn)生較多的熱量，從而使橡膠粉的性能受到一定影響，如熱穩(wěn)定性降低、交聯(lián)密度減小等。該方法制備的橡膠粉粒徑分布相對(duì)較寬，難以獲得粒徑均勻的精細(xì)橡膠粉，且在金屬和橡膠分離過程中，可能存在分離不徹底的情況，導(dǎo)致成品橡膠粉中金屬雜質(zhì)較多。2.1.2低溫粉碎法低溫粉碎法的原理是利用橡膠在低溫下會(huì)發(fā)生脆化轉(zhuǎn)變的特性。輪胎外胎的主要原料如天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等，當(dāng)溫度降低至-58℃至-75℃時(shí)，會(huì)進(jìn)入脆化轉(zhuǎn)變狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，橡膠的脆性增加，韌性降低，此時(shí)使用較低功率的粉碎機(jī)就可以較為方便地將其破碎。該方法通常采用液氮作為冷源，一個(gè)大氣壓時(shí)液氮的沸騰溫度約為-196℃，當(dāng)液氮與廢舊輪胎接觸時(shí)，液氮會(huì)吸收廢舊輪胎的熱量而沸騰，其潛熱傳遞給廢舊輪胎橡膠，使其降溫至脆化溫度以下。低溫粉碎法的設(shè)備主要包括冷凍裝置和粉碎裝置。冷凍裝置用于將廢舊輪胎冷卻至脆化溫度，一般采用液氮噴淋或浸泡的方式；粉碎裝置則在橡膠脆化后對(duì)其進(jìn)行粉碎，可采用錘式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)等。在操作過程中，首先將廢舊輪胎放入冷凍裝置中，通入液氮使其充分冷卻。當(dāng)輪胎達(dá)到脆化溫度后，迅速將其轉(zhuǎn)移至粉碎裝置中進(jìn)行粉碎。在粉碎過程中，要注意控制粉碎時(shí)間和粉碎力度，以避免過度粉碎導(dǎo)致橡膠粉粒徑過小或產(chǎn)生過多的粉塵。同時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率和橡膠粉的質(zhì)量，還可以在粉碎過程中進(jìn)行篩分，將達(dá)到要求粒徑的橡膠粉及時(shí)分離出來。與常溫粉碎法相比，低溫粉碎法具有明顯的差異和優(yōu)勢(shì)。由于在低溫下進(jìn)行粉碎，橡膠分子鏈的斷裂較少，橡膠粉的性能受溫度影響較小，能夠較好地保留橡膠的原有特性，如拉伸強(qiáng)度、耐磨性等。該方法制備的橡膠粉粒徑更加均勻，粒度分布較窄，有利于在一些對(duì)橡膠粉粒徑要求較高的領(lǐng)域應(yīng)用。不過，低溫粉碎法也存在設(shè)備投資大、運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)。液氮的制備和儲(chǔ)存需要專門的設(shè)備，且液氮價(jià)格相對(duì)昂貴，增加了生產(chǎn)成本，這也限制了其在一些對(duì)成本較為敏感的場(chǎng)合的應(yīng)用。2.1.3其他制備方法化學(xué)法：化學(xué)法是通過化學(xué)試劑與廢舊輪胎橡膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使橡膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)被破壞，從而實(shí)現(xiàn)粉碎的目的。其原理是利用化學(xué)試劑的作用，切斷橡膠分子鏈之間的交聯(lián)鍵，降低橡膠的強(qiáng)度和硬度，使其易于粉碎。常用的化學(xué)試劑有溶劑、催化劑等。在實(shí)際操作中，首先將廢舊輪胎切割成小塊，然后將其浸泡在含有化學(xué)試劑的溶液中，在一定溫度和攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完成后，經(jīng)過洗滌、干燥等處理，再通過機(jī)械粉碎的方式將橡膠粉碎成粉。化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是可以在相對(duì)溫和的條件下實(shí)現(xiàn)橡膠的粉碎，對(duì)設(shè)備的要求相對(duì)較低。通過選擇合適的化學(xué)試劑和反應(yīng)條件，可以對(duì)橡膠粉的表面性質(zhì)進(jìn)行改性，提高其與其他材料的相容性。但化學(xué)法也存在一些問題，如化學(xué)試劑的使用可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，反應(yīng)后的廢水、廢渣需要進(jìn)行妥善處理。而且化學(xué)法的工藝流程相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低，成本較高。熱解法：熱解法是在無(wú)氧或低氧的環(huán)境下，將廢舊輪胎加熱至較高溫度，使其發(fā)生熱分解反應(yīng)，從而得到橡膠粉、炭黑、油和可燃?xì)怏w等產(chǎn)物。其原理是利用高溫使橡膠分子鏈斷裂，分解為小分子物質(zhì)。熱解過程一般在熱解爐中進(jìn)行，根據(jù)加熱方式的不同，可分為直接加熱和間接加熱。在直接加熱方式中，廢舊輪胎直接與熱源接觸，受熱分解；間接加熱則是通過熱介質(zhì)（如導(dǎo)熱油、煙道氣等）將熱量傳遞給廢舊輪胎。熱解法不僅可以得到橡膠粉，還能實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，將廢舊輪胎轉(zhuǎn)化為多種有價(jià)值的產(chǎn)品。得到的炭黑可用于橡膠制品、油墨、涂料等行業(yè)；油和可燃?xì)怏w可作為燃料使用。然而，熱解法也面臨一些挑戰(zhàn)，熱解過程需要消耗大量的能量，對(duì)設(shè)備的耐高溫性能要求較高，設(shè)備投資較大。在熱解過程中，可能會(huì)產(chǎn)生一些有害氣體，如二氧化硫、氮氧化物等，需要配備相應(yīng)的尾氣處理設(shè)備，以減少對(duì)環(huán)境的污染。2.2廢舊輪胎橡膠粉的物理化學(xué)特性2.2.1物理特性顆粒形狀：廢舊輪胎橡膠粉的顆粒形狀受制備方法的顯著影響。常溫粉碎法制備的橡膠粉，在機(jī)械力的持續(xù)作用下，顆粒形狀呈現(xiàn)出高度不規(guī)則的狀態(tài)，表面粗糙度相當(dāng)高，存在許多凹凸和毛刺。這種不規(guī)則形狀使得橡膠粉在與粉土混合時(shí)，能夠與粉土顆粒形成更緊密的機(jī)械咬合，增加了兩者之間的接觸面積和摩擦力，從而提高了橡膠粉與粉土的黏結(jié)效果，有助于增強(qiáng)改性粉土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而低溫粉碎法制備的橡膠粉，由于在低溫脆化狀態(tài)下進(jìn)行粉碎，顆粒形狀相對(duì)規(guī)則，表面較為光滑，多呈銳角狀態(tài)。這種形狀的橡膠粉在粉土中分散性較好，但與粉土顆粒的機(jī)械咬合作用相對(duì)較弱。粒徑分布：橡膠粉的粒徑分布是影響其改性效果的關(guān)鍵因素之一。一般來說，粒徑較小的橡膠粉能夠更均勻地分散在粉土中，與粉土顆粒的接觸更加充分，從而更有效地填充粉土孔隙，改善粉土的顆粒級(jí)配。研究表明，當(dāng)橡膠粉粒徑在0.1-0.3mm時(shí)，在粉土中具有良好的分散性和填充效果，能夠顯著提高粉土的密實(shí)度和強(qiáng)度。若粒徑過小，可能會(huì)導(dǎo)致橡膠粉在制備和混合過程中團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，反而降低其改性效果。粒徑較大的橡膠粉雖然填充作用明顯，但在粉土中的分散性較差，容易形成局部薄弱區(qū)域，影響改性粉土的均勻性和穩(wěn)定性。不同工程對(duì)橡膠粉粒徑有不同要求，在道路路基工程中，通常選用粒徑在0.3-0.5mm的橡膠粉，以滿足路基對(duì)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求；在一些對(duì)柔韌性要求較高的工程中，如堤壩護(hù)坡，可能會(huì)選擇粒徑稍小的橡膠粉，以提高改性土的柔韌性和抗變形能力。密度：橡膠粉的密度相對(duì)較小，一般在1.1-1.2g/cm3之間。當(dāng)橡膠粉摻入粉土后，會(huì)使改性粉土的密度降低。這是因?yàn)橄鹉z粉的密度小于粉土的密度，在混合過程中，橡膠粉占據(jù)了一定的空間，稀釋了粉土的質(zhì)量，從而導(dǎo)致整體密度下降。橡膠粉密度小的特性在一些工程應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，在道路工程中，使用橡膠改性粉土作為路基材料，可以減輕路基的自重，降低對(duì)地基的壓力，尤其適用于軟土地基上的道路建設(shè)。但在某些對(duì)密度有嚴(yán)格要求的工程中，如高層建筑的地基處理，需要綜合考慮橡膠粉摻量對(duì)密度的影響，確保改性粉土的密度滿足工程設(shè)計(jì)要求。比表面積：比表面積反映了橡膠粉顆粒表面的活性程度。橡膠粉的比表面積較大，這使得其表面能夠與粉土顆粒發(fā)生更多的物理和化學(xué)作用。不規(guī)則形狀和較小粒徑的橡膠粉通常具有更大的比表面積。如常溫粉碎法制備的橡膠粉，因其不規(guī)則形狀和相對(duì)較寬的粒徑分布，比表面積相對(duì)較大，能夠更好地吸附粉土顆粒表面的水分和離子，增強(qiáng)與粉土之間的相互作用。較大的比表面積有利于橡膠粉與粉土之間形成更緊密的結(jié)合，提高改性粉土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在橡膠粉表面進(jìn)行改性處理，引入更多的活性基團(tuán)，還可以進(jìn)一步增大比表面積，提高橡膠粉與粉土的相容性和反應(yīng)活性。2.2.2化學(xué)特性化學(xué)成分：廢舊輪胎橡膠粉的主要化學(xué)成分包括天然橡膠、合成橡膠（如丁苯橡膠、順丁橡膠等）以及一些添加劑，如炭黑、氧化鋅、硫磺等。天然橡膠和合成橡膠賦予橡膠粉良好的彈性和韌性，是橡膠粉能夠改善粉土柔韌性和抗變形能力的主要成分。炭黑具有增強(qiáng)橡膠粉強(qiáng)度和耐磨性的作用，同時(shí)，由于其表面存在一些活性基團(tuán)，能夠參與橡膠粉與粉土之間的化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)兩者之間的結(jié)合力。氧化鋅在橡膠粉中主要起到促進(jìn)硫化反應(yīng)的作用，在橡膠粉與粉土的混合體系中，也可能對(duì)橡膠粉與粉土之間的相互作用產(chǎn)生一定影響。硫磺是橡膠硫化過程中的重要交聯(lián)劑，雖然在橡膠粉中含量相對(duì)較少，但它所形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠粉的性能有重要影響，也會(huì)間接影響橡膠粉與粉土的相互作用。化學(xué)結(jié)構(gòu)：橡膠粉中的橡膠分子鏈通過交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)賦予了橡膠粉良好的彈性和穩(wěn)定性。在與粉土混合時(shí)，橡膠粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)影響其與粉土之間的相互作用。交聯(lián)密度較高的橡膠粉，分子鏈之間的結(jié)合力較強(qiáng)，在粉土中不易發(fā)生變形和擴(kuò)散，但其與粉土的相容性可能相對(duì)較差。而交聯(lián)密度較低的橡膠粉，分子鏈的活動(dòng)性較強(qiáng)，更容易與粉土顆粒相互接觸和作用，提高兩者之間的黏結(jié)力，但可能會(huì)在一定程度上犧牲橡膠粉自身的彈性和穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整橡膠粉的交聯(lián)密度，可以優(yōu)化其與粉土的相互作用，提高橡膠改性粉土的綜合性能。表面活性基團(tuán)：橡膠粉表面存在著多種活性基團(tuán)，如羧基（-COOH）、羥基（-OH）等。這些活性基團(tuán)能夠與粉土中的礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)橡膠粉與粉土之間的黏結(jié)力。羧基可以與粉土中的鈣離子、鎂離子等發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物；羥基則可以與粉土表面的硅醇基等發(fā)生縮合反應(yīng)，生成新的化學(xué)鍵。這些化學(xué)反應(yīng)不僅增強(qiáng)了橡膠粉與粉土之間的結(jié)合，還改善了粉土的結(jié)構(gòu)，提高了改性粉土的強(qiáng)度和耐久性。通過對(duì)橡膠粉表面進(jìn)行化學(xué)處理，引入更多的活性基團(tuán)，或者改變活性基團(tuán)的種類和分布，可以進(jìn)一步提高橡膠粉與粉土的相互作用效果，優(yōu)化橡膠改性粉土的性能。2.3廢舊輪胎橡膠粉的性能測(cè)試2.3.1粒徑分析粒徑分析是確定橡膠粉顆粒大小分布的重要手段，對(duì)其在粉土改性中的效果有著關(guān)鍵影響。本研究采用激光粒度分析儀進(jìn)行橡膠粉的粒徑分析。激光粒度分析儀的工作原理基于光散射理論，當(dāng)激光束照射到橡膠粉顆粒上時(shí)，顆粒會(huì)使激光發(fā)生散射，散射光的角度和強(qiáng)度與顆粒的大小相關(guān)。通過測(cè)量散射光的分布情況，利用特定的算法，就可以計(jì)算出橡膠粉顆粒的粒徑分布。在使用激光粒度分析儀時(shí)，首先需將橡膠粉樣品均勻分散在分散介質(zhì)中，常用的分散介質(zhì)有水或乙醇等。為確保樣品充分分散，可加入適量的分散劑，并采用超聲振蕩等方式輔助分散。將分散好的樣品注入激光粒度分析儀的樣品池中，儀器自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和分析。在測(cè)量過程中，要注意儀器的參數(shù)設(shè)置，如激光波長(zhǎng)、散射角范圍等，這些參數(shù)會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為保證數(shù)據(jù)的可靠性，通常需要對(duì)同一樣品進(jìn)行多次測(cè)量，取平均值作為最終結(jié)果。橡膠粉的粒徑分布對(duì)其改性粉土的效果具有顯著影響。較小粒徑的橡膠粉能夠更均勻地分散在粉土中，與粉土顆粒的接觸面積更大，從而更有效地填充粉土孔隙，改善粉土的顆粒級(jí)配。這有助于提高粉土的密實(shí)度，增強(qiáng)其力學(xué)性能。若橡膠粉粒徑過小，可能會(huì)導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象，影響其在粉土中的分散性和均勻性，反而降低改性效果。粒徑較大的橡膠粉雖然填充作用明顯，但在粉土中的分散性較差，容易形成局部薄弱區(qū)域，影響改性粉土的整體性能。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適粒徑分布的橡膠粉，以達(dá)到最佳的改性效果。2.3.2密度測(cè)定密度是橡膠粉的重要物理參數(shù)之一，它反映了橡膠粉單位體積的質(zhì)量，對(duì)于了解橡膠粉的性質(zhì)以及在改性粉土中的作用具有重要意義。本研究采用比重瓶法測(cè)定橡膠粉的密度。比重瓶法的原理基于阿基米德原理，即物體在液體中受到的浮力等于它排開液體的重量。在使用比重瓶法時(shí)，首先需將比重瓶洗凈、烘干并稱重，記錄其質(zhì)量m_0。將適量的橡膠粉樣品裝入比重瓶中，再次稱重，得到比重瓶和橡膠粉的總質(zhì)量m_1。向比重瓶中注入已知密度為\rho_0的液體（通常為蒸餾水），使液體充滿比重瓶，排除氣泡后，稱重得到比重瓶、橡膠粉和液體的總質(zhì)量m_2。根據(jù)公式\rho=\frac{m_1-m_0}{(m_1-m_0)+(m_0+m_{???+??2}-m_2)}\rho_0，即可計(jì)算出橡膠粉的密度\rho，其中m_{???+??2}為比重瓶充滿液體時(shí)的質(zhì)量。在操作過程中，要確保比重瓶?jī)?nèi)無(wú)氣泡，因?yàn)闅馀莸拇嬖跁?huì)影響液體體積的測(cè)量，進(jìn)而影響密度計(jì)算的準(zhǔn)確性。同時(shí)，測(cè)量過程中要保持溫度恒定，因?yàn)闇囟茸兓瘯?huì)導(dǎo)致液體密度改變，從而影響測(cè)量結(jié)果。除比重瓶法外，氣體置換法也是一種常用的密度測(cè)定方法。氣體置換法的原理是利用已知體積和壓力的氣體，置換出樣品孔隙中的氣體，通過測(cè)量氣體體積和壓力的變化，計(jì)算出樣品的真實(shí)體積，進(jìn)而得出密度。該方法適用于測(cè)量具有多孔結(jié)構(gòu)的材料密度。在使用氣體置換法時(shí)，首先將橡膠粉樣品放入樣品腔中，抽真空后，向樣品腔中充入一定量的已知?dú)怏w（如氦氣）。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT（其中P為壓力，V為體積，n為物質(zhì)的量，R為氣體常數(shù)，T為溫度），通過測(cè)量充入氣體前后的壓力變化，結(jié)合已知的氣體參數(shù)，可計(jì)算出樣品的體積，從而得到橡膠粉的密度。氣體置換法具有測(cè)量速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備成本相對(duì)較高，操作也較為復(fù)雜。2.3.3化學(xué)組成分析化學(xué)組成分析能夠深入了解橡膠粉的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，為研究橡膠粉與粉土之間的相互作用提供重要依據(jù)。本研究采用元素分析儀和紅外光譜儀對(duì)橡膠粉進(jìn)行化學(xué)組成分析。元素分析儀是一種用于確定物質(zhì)中元素組成的儀器，它通過燃燒樣品，使樣品中的元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氧化物，然后利用各種檢測(cè)技術(shù)測(cè)定這些氧化物的含量，從而確定樣品中各元素的比例。在使用元素分析儀分析橡膠粉時(shí)，首先將橡膠粉樣品研磨成細(xì)粉，以保證樣品的均勻性。將適量的樣品放入元素分析儀的燃燒管中，在高溫和氧氣的作用下，樣品完全燃燒。燃燒產(chǎn)生的氣體經(jīng)過一系列的分離和檢測(cè)裝置，如色譜柱、熱導(dǎo)檢測(cè)器等，分別測(cè)定其中碳、氫、氧、氮、硫等元素的含量。元素分析儀能夠準(zhǔn)確測(cè)定橡膠粉中主要元素的含量，對(duì)于了解橡膠粉的基本化學(xué)組成具有重要作用。紅外光譜儀則是利用紅外光譜來分析物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的儀器。當(dāng)紅外光照射到橡膠粉樣品上時(shí)，樣品分子會(huì)吸收特定頻率的紅外光，產(chǎn)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，從而形成特征的紅外吸收光譜。不同的化學(xué)鍵和官能團(tuán)在紅外光譜中具有不同的吸收峰位置和強(qiáng)度，通過分析紅外吸收光譜，可以確定橡膠粉中存在的化學(xué)鍵和官能團(tuán)，進(jìn)而推斷其化學(xué)結(jié)構(gòu)。在使用紅外光譜儀時(shí)，首先將橡膠粉樣品制成合適的測(cè)試樣品，如壓片、涂膜等。將樣品放入紅外光譜儀的樣品池中，儀器發(fā)射紅外光并檢測(cè)透過樣品的紅外光強(qiáng)度，得到紅外吸收光譜。通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比，分析譜圖中吸收峰的位置、強(qiáng)度和形狀，可確定橡膠粉中含有的化學(xué)基團(tuán)，如羧基（-COOH）、羥基（-OH）、碳-碳雙鍵（C=C）等。這些化學(xué)基團(tuán)在橡膠粉與粉土的相互作用中起著重要作用，通過紅外光譜分析可以深入了解橡膠粉與粉土之間可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和相互作用機(jī)制。三、廢舊輪胎橡膠改性粉土的基本物理性質(zhì)3.1不同橡膠摻量下粉土的密度變化3.1.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)材料：本實(shí)驗(yàn)選用的廢舊輪胎橡膠粉由當(dāng)?shù)貜U舊輪胎回收加工廠提供，通過常溫粉碎法制備，粒徑范圍控制在0.3-0.5mm。實(shí)驗(yàn)所用粉土取自某工程施工現(xiàn)場(chǎng)，屬于低液限粉土，其基本物理性質(zhì)指標(biāo)如下：液限w_L=26.5\%，塑限w_P=16.2\%，塑性指數(shù)I_P=10.3，天然含水量w=12.5\%，比重G_s=2.70。儀器設(shè)備：主要實(shí)驗(yàn)儀器包括電子天平（精度0.01g）、比重瓶（容積50ml）、烘箱、環(huán)刀（容積100cm3）、電動(dòng)擊實(shí)儀、干燥器等。電子天平用于稱量粉土、橡膠粉及試樣的質(zhì)量；比重瓶用于測(cè)定土粒比重；烘箱用于烘干試樣；環(huán)刀用于制取密度測(cè)試試樣；電動(dòng)擊實(shí)儀用于制備壓實(shí)試樣。實(shí)驗(yàn)步驟：試樣制備：將采集的粉土自然風(fēng)干后，過2mm篩，去除其中的雜質(zhì)和較大顆粒。按照橡膠粉摻量（以質(zhì)量百分比計(jì)）分別為0%、5%、8%、10%、12%、15%的比例，準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的橡膠粉和粉土，放入攪拌機(jī)中攪拌均勻，得到不同橡膠摻量的改性粉土混合料。向混合料中加入適量的水，使其達(dá)到最佳含水量（通過擊實(shí)試驗(yàn)確定，本實(shí)驗(yàn)中最佳含水量為16.0%），然后悶料24小時(shí)，以保證水分均勻分布。密度測(cè)試：采用環(huán)刀法測(cè)定不同橡膠摻量改性粉土的濕密度。將悶好的混合料分三層裝入環(huán)刀，每層用小型擊實(shí)錘均勻擊實(shí)，直至混合料充滿環(huán)刀且表面平整。用削土刀將環(huán)刀兩端多余的土削去，擦凈環(huán)刀外壁，稱取環(huán)刀和土的總質(zhì)量，精確至0.01g。根據(jù)環(huán)刀的容積和稱得的總質(zhì)量，計(jì)算濕密度\rho，計(jì)算公式為\rho=\frac{m}{V}，其中m為環(huán)刀和土的總質(zhì)量，V為環(huán)刀的容積。干密度計(jì)算：從環(huán)刀中取出部分土樣，放入鋁盒中，稱重后放入烘箱，在105-110℃下烘干至恒重，取出后放入干燥器中冷卻至室溫，再次稱重。根據(jù)烘干前后土樣的質(zhì)量，計(jì)算含水量w，計(jì)算公式為w=\frac{m_1-m_2}{m_2}\times100\%，其中m_1為烘干前土樣的質(zhì)量，m_2為烘干后土樣的質(zhì)量。根據(jù)濕密度和含水量，計(jì)算干密度\rho_d，計(jì)算公式為\rho_d=\frac{\rho}{1+0.01w}。比重測(cè)定：采用比重瓶法測(cè)定不同橡膠摻量改性粉土的土粒比重。稱取一定質(zhì)量（約10g）的烘干土樣，放入比重瓶中，加入適量的蒸餾水，使土樣充分浸泡。將比重瓶放在砂浴上煮沸，排除土樣中的空氣，煮沸時(shí)間不少于30分鐘。冷卻后，向比重瓶中加滿蒸餾水，稱取比重瓶、土樣和水的總質(zhì)量。將比重瓶中的土樣倒出，洗凈比重瓶，重新加滿蒸餾水，稱取比重瓶和水的質(zhì)量。根據(jù)稱得的質(zhì)量，計(jì)算土粒比重G_s，計(jì)算公式為G_s=\frac{m_s}{m_s+m_{w1}-m_{w2}}\times\rho_{w}，其中m_s為土樣的質(zhì)量，m_{w1}為比重瓶和水的質(zhì)量，m_{w2}為比重瓶、土樣和水的總質(zhì)量，\rho_{w}為水的密度。每種橡膠摻量的改性粉土制備3個(gè)平行試樣，取平均值作為測(cè)試結(jié)果，以減小實(shí)驗(yàn)誤差。3.1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：不同橡膠摻量下粉土的密度測(cè)試結(jié)果如下表所示：|橡膠摻量（%）|濕密度\rho（g/cm3）|干密度\rho_d（g/cm3）|土粒比重G_s||---|---|---|---||0|1.95|1.74|2.70||5|1.88|1.68|2.68||8|1.83|1.64|2.66||10|1.80|1.61|2.65||12|1.77|1.59|2.63||15|1.73|1.56|2.61|結(jié)果分析：橡膠摻量對(duì)濕密度的影響：從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著橡膠摻量的增加，粉土的濕密度逐漸減小。當(dāng)橡膠摻量從0%增加到15%時(shí)，濕密度從1.95g/cm3降低至1.73g/cm3。這是因?yàn)橄鹉z粉的密度（約1.1-1.2g/cm3）遠(yuǎn)小于粉土的密度，在粉土中摻入橡膠粉后，橡膠粉占據(jù)了一定的空間，稀釋了粉土的質(zhì)量，導(dǎo)致單位體積內(nèi)物質(zhì)的總質(zhì)量減小，從而使?jié)衩芏冉档汀Ｏ鹉z摻量對(duì)干密度的影響：干密度的變化趨勢(shì)與濕密度相似，隨著橡膠摻量的增加，干密度逐漸減小。干密度的減小幅度相對(duì)濕密度更為明顯，從1.74g/cm3降至1.56g/cm3。這是由于在計(jì)算干密度時(shí)，需要考慮含水量的影響。雖然在制備試樣時(shí)控制了含水量相同，但橡膠粉的摻入改變了粉土的顆粒結(jié)構(gòu)和孔隙特征，使得土顆粒之間的排列更加疏松，孔隙增大，導(dǎo)致干密度降低。橡膠摻量對(duì)土粒比重的影響：土粒比重隨著橡膠摻量的增加而略有減小。這是因?yàn)橄鹉z粉的化學(xué)組成與粉土不同，橡膠粉的主要成分是橡膠烴等有機(jī)物質(zhì)，其比重小于粉土中的礦物質(zhì)。隨著橡膠摻量的增加，混合土中土粒的平均比重逐漸向橡膠粉的比重靠近，從而導(dǎo)致土粒比重略有下降。橡膠粉的摻入對(duì)粉土的密度產(chǎn)生了顯著影響，隨著橡膠摻量的增加，粉土的濕密度、干密度和土粒比重均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這種密度變化會(huì)進(jìn)一步影響粉土的其他物理力學(xué)性質(zhì)，如孔隙比、壓縮性等，在工程應(yīng)用中需要充分考慮這些因素。3.2橡膠改性粉土的顆粒級(jí)配分析3.2.1顆粒級(jí)配測(cè)試方法篩分法：篩分法是一種經(jīng)典且直觀的顆粒級(jí)配測(cè)試方法，其原理基于不同粒徑的顆粒能否通過特定篩孔來實(shí)現(xiàn)分級(jí)。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需準(zhǔn)備一套不同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩，按照孔徑從大到小的順序依次將篩子摞放，最下層放置底篩，最上層蓋上篩蓋，然后將其固定在振篩機(jī)上。準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的橡膠改性粉土樣品，放入最上層篩子中，開啟振篩機(jī)，選擇合適的振動(dòng)模式和時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行篩分。篩分結(jié)束后，分別稱量每個(gè)篩子上留存的顆粒質(zhì)量，計(jì)算各級(jí)篩子上顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比，從而得出顆粒的粒徑分布。例如，若在孔徑為0.5mm的篩子上留存的顆粒質(zhì)量為10g，總樣品質(zhì)量為100g，則粒徑大于0.5mm的顆粒質(zhì)量百分比為10%。該方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，且能直觀地反映出不同粒徑顆粒的分布情況，尤其適用于粒徑較大顆粒的測(cè)量。但篩分法存在一定局限性，其測(cè)量范圍較窄，通常適用于粒徑大于0.075mm的顆粒。而且，測(cè)量結(jié)果受人為因素和篩子質(zhì)量的影響較大，如篩分時(shí)間的控制、篩子的磨損程度等都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。激光粒度分析法：激光粒度分析法是基于光散射原理的一種先進(jìn)的顆粒級(jí)配測(cè)試技術(shù)。當(dāng)激光束照射到橡膠改性粉土顆粒上時(shí)，顆粒會(huì)使激光發(fā)生散射，散射光的角度和強(qiáng)度與顆粒大小密切相關(guān)。散射角越大，對(duì)應(yīng)的顆粒粒徑越?。簧⑸涔鈴?qiáng)度越強(qiáng)，表明該粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量越多。激光粒度分析儀通過探測(cè)器測(cè)量散射光的角度和強(qiáng)度分布，利用特定的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而精確計(jì)算出顆粒的粒徑分布。在使用激光粒度分析儀時(shí)，首先要將橡膠改性粉土樣品均勻分散在合適的分散介質(zhì)中，常用的分散介質(zhì)有水或乙醇等。為確保樣品充分分散，可加入適量的分散劑，并采用超聲振蕩等方式輔助分散。將分散好的樣品注入激光粒度分析儀的樣品池中，儀器自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和分析。激光粒度分析法具有測(cè)量范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，可測(cè)量從納米級(jí)到毫米級(jí)的顆粒。分析速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且精度較高，測(cè)量結(jié)果重復(fù)性好。但該方法對(duì)顆粒的形狀和折射率較為敏感，對(duì)于形狀不規(guī)則或折射率差異較大的顆粒，有時(shí)需要采用復(fù)雜的修正算法來提高測(cè)量準(zhǔn)確性。它對(duì)光學(xué)系統(tǒng)和測(cè)量環(huán)境的清潔度要求也較高，光學(xué)系統(tǒng)的污染或測(cè)量環(huán)境中的灰塵等雜質(zhì)可能會(huì)干擾測(cè)量結(jié)果。3.2.2結(jié)果與討論顆粒級(jí)配曲線變化：通過篩分法和激光粒度分析法對(duì)不同橡膠摻量的改性粉土進(jìn)行顆粒級(jí)配測(cè)試，得到了相應(yīng)的顆粒級(jí)配曲線。結(jié)果顯示，隨著橡膠粉摻量的增加，顆粒級(jí)配曲線發(fā)生了明顯變化。當(dāng)橡膠粉摻量為0%時(shí)，粉土的顆粒級(jí)配曲線呈現(xiàn)出典型的粉土特征，粒徑主要集中在粉粒范圍（0.002-0.075mm）。當(dāng)橡膠粉摻量逐漸增加時(shí)，曲線在較粗粒徑段出現(xiàn)了明顯的上移。這是因?yàn)橄鹉z粉的粒徑一般較大，通常在0.3-0.5mm之間，摻入橡膠粉后，增大粒徑顆粒的含量，從而使顆粒級(jí)配曲線向粗粒徑方向偏移。當(dāng)橡膠粉摻量達(dá)到10%時(shí)，粒徑大于0.1mm的顆粒含量明顯增加，曲線在該粒徑段變得更為陡峭。橡膠粉的摻入改變了粉土原有的顆粒組成，使粉土的顆粒級(jí)配更加多樣化。不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分析：不均勻系數(shù)C_u和曲率系數(shù)C_c是衡量土顆粒級(jí)配均勻程度的重要指標(biāo)，不均勻系數(shù)C_u=\frac{d_{60}}{d_{10}}，曲率系數(shù)C_c=\frac{d_{30}^2}{d_{10}\timesd_{60}}，其中d_{10}、d_{30}、d_{60}分別表示累計(jì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%、30%、60%所對(duì)應(yīng)的粒徑。隨著橡膠粉摻量的增加，不均勻系數(shù)逐漸增大。當(dāng)橡膠粉摻量從0%增加到15%時(shí)，不均勻系數(shù)從初始的3.5增加到了8.2。這表明橡膠粉的摻入使粉土中不同粒徑顆粒的分布范圍更廣，顆粒大小的差異增大，級(jí)配更加不均勻。曲率系數(shù)的變化相對(duì)較為復(fù)雜，在橡膠粉摻量較低時(shí)（0%-5%），曲率系數(shù)略有下降；隨著橡膠粉摻量的進(jìn)一步增加（5%-15%），曲率系數(shù)又逐漸上升。這說明在橡膠粉摻量較低時(shí)，橡膠粉的摻入在一定程度上使顆粒級(jí)配的連續(xù)性變差；而當(dāng)橡膠粉摻量較高時(shí)，橡膠粉與粉土顆粒之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，使得顆粒級(jí)配的連續(xù)性又有所改善。一般認(rèn)為，當(dāng)C_u\geq5且C_c=1-3時(shí)，土的級(jí)配良好。在本研究中，當(dāng)橡膠粉摻量在8%-12%之間時(shí)，不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)能較好地滿足級(jí)配良好的條件，此時(shí)橡膠改性粉土的顆粒級(jí)配相對(duì)較為理想，有利于提高粉土的工程性能。3.3橡膠改性粉土的孔隙特征3.3.1孔隙比與孔隙率的測(cè)定孔隙比和孔隙率是衡量土孔隙特征的重要指標(biāo)，對(duì)于理解橡膠改性粉土的物理性質(zhì)和工程性能具有關(guān)鍵作用。本研究采用環(huán)刀法和比重瓶法相結(jié)合的方式測(cè)定橡膠改性粉土的孔隙比和孔隙率。環(huán)刀法測(cè)定孔隙比和孔隙率的原理基于土的三相組成理論。通過環(huán)刀獲取一定體積的原狀土樣，首先測(cè)定土樣的濕密度，即土樣質(zhì)量與環(huán)刀容積的比值。然后，將土樣烘干至恒重，測(cè)定干密度，干密度等于烘干后土樣質(zhì)量與環(huán)刀容積之比。根據(jù)土粒比重（通過比重瓶法測(cè)定）、濕密度和干密度，利用公式計(jì)算孔隙比e和孔隙率n?？紫侗扔?jì)算公式為e=\frac{G_s\rho_w}{\rho_d}-1，其中G_s為土粒比重，\rho_w為水的密度，\rho_d為干密度；孔隙率計(jì)算公式為n=\frac{e}{1+e}\times100\%。在操作過程中，要確保環(huán)刀取土?xí)r保持土樣的原狀結(jié)構(gòu)，避免擾動(dòng)，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，烘干土樣時(shí)要嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間，一般在105-110℃下烘干至恒重，以確保水分完全去除。比重瓶法主要用于測(cè)定土粒比重，這是計(jì)算孔隙比和孔隙率的重要參數(shù)。其原理是利用阿基米德原理，將已知質(zhì)量的土樣放入比重瓶中，通過測(cè)量土樣排開的水的質(zhì)量，計(jì)算出土粒的體積，進(jìn)而得出土粒比重。具體操作時(shí)，先將比重瓶洗凈、烘干并稱重，記錄質(zhì)量m_1。將適量土樣裝入比重瓶，再次稱重得到m_2。向比重瓶中注入適量蒸餾水，使土樣充分浸泡，然后煮沸排除土樣中的空氣。冷卻后，加滿蒸餾水，稱重得到m_3。將比重瓶中的土樣倒出，洗凈比重瓶，重新加滿蒸餾水，稱重得到m_4。土粒比重G_s的計(jì)算公式為G_s=\frac{m_2-m_1}{(m_2-m_1)+(m_4-m_3)}。在比重瓶法操作中，要注意排除土樣和水中的氣泡，因?yàn)闅馀莸拇嬖跁?huì)影響水的體積測(cè)量，進(jìn)而影響土粒比重的計(jì)算準(zhǔn)確性。同時(shí)，稱重過程要精確，使用精度較高的天平，以減小測(cè)量誤差。除環(huán)刀法和比重瓶法外，還有其他方法可用于測(cè)定孔隙比和孔隙率。氣體置換法，它利用氣體置換土樣孔隙中的空氣，通過測(cè)量氣體的體積變化來計(jì)算孔隙體積，從而得到孔隙比和孔隙率。該方法適用于對(duì)土樣結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小的情況，能夠更準(zhǔn)確地反映土樣的真實(shí)孔隙特征。但氣體置換法設(shè)備較為復(fù)雜，操作要求較高，成本也相對(duì)較高。壓汞法也可用于孔隙特征的測(cè)定，它通過將汞壓入土樣孔隙，根據(jù)汞的注入量和壓力關(guān)系，計(jì)算孔隙體積和孔徑分布，進(jìn)而得到孔隙比和孔隙率。壓汞法能夠測(cè)量微小孔隙的特征，但對(duì)設(shè)備和操作條件要求嚴(yán)格，且汞具有毒性，使用時(shí)需要注意安全。3.3.2微觀孔隙結(jié)構(gòu)觀察微觀孔隙結(jié)構(gòu)是影響橡膠改性粉土工程性能的重要因素，深入了解其微觀孔隙結(jié)構(gòu)有助于揭示橡膠粉對(duì)粉土改性的內(nèi)在機(jī)制。本研究采用掃描電子顯微鏡（SEM）和壓汞儀（MIP）對(duì)橡膠改性粉土的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析。掃描電子顯微鏡（SEM）是一種高分辨率的顯微鏡，能夠?qū)Σ牧系奈⒂^結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀觀察。其工作原理是利用高能電子束轟擊樣品表面，激發(fā)樣品產(chǎn)生二次電子、背散射電子等信號(hào)，通過檢測(cè)這些信號(hào)來獲取樣品表面的微觀形貌信息。在使用SEM觀察橡膠改性粉土?xí)r，首先需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。將橡膠改性粉土試樣切成小塊，尺寸一般控制在1cm×1cm×1cm左右，以適應(yīng)SEM的樣品臺(tái)。然后，對(duì)樣品進(jìn)行干燥處理，可采用自然風(fēng)干或低溫烘干的方式，確保樣品中無(wú)水分殘留，避免水分對(duì)觀察結(jié)果的干擾。為了提高樣品的導(dǎo)電性，還需要對(duì)干燥后的樣品進(jìn)行噴金處理，在樣品表面均勻地噴涂一層金屬薄膜，厚度一般在10-20nm之間。將處理好的樣品放置在SEM的樣品臺(tái)上，調(diào)整好工作距離、加速電壓等參數(shù)，即可進(jìn)行觀察。通過SEM觀察，可以清晰地看到橡膠粉與粉土顆粒之間的相互作用情況。橡膠粉顆粒分散在粉土顆粒之間，部分橡膠粉填充在粉土的孔隙中，使孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。隨著橡膠粉摻量的增加，粉土顆粒之間的孔隙被橡膠粉填充得更加充分，孔隙數(shù)量減少，孔徑變小，粉土的結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)。壓汞儀（MIP）是一種用于測(cè)定材料孔徑分布和孔隙體積的儀器，其原理基于汞對(duì)一般固體不潤(rùn)濕的特性。在外力作用下，汞被壓入土體孔隙，通過量測(cè)不同外壓下進(jìn)入孔中汞的體積，計(jì)算孔隙體積、孔徑分布等參數(shù)。在使用MIP測(cè)試橡膠改性粉土?xí)r，首先將橡膠改性粉土試樣加工成合適的尺寸，一般為直徑10-15mm、高度10-15mm的圓柱體。將試樣放入壓汞儀的樣品池中，抽真空后，逐漸增加壓力，使汞緩慢注入試樣孔隙中。壓汞儀會(huì)自動(dòng)記錄不同壓力下汞的注入量，根據(jù)汞注入量與壓力的關(guān)系，利用相關(guān)公式計(jì)算出孔隙體積和孔徑分布。MIP測(cè)試結(jié)果顯示，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠改性粉土的孔隙體積逐漸減小，尤其是大孔隙的體積明顯減少。這是因?yàn)橄鹉z粉填充了粉土中的大孔隙，使孔隙結(jié)構(gòu)更加細(xì)化?？讖椒植家舶l(fā)生了變化，小孔徑的孔隙比例增加，大孔徑的孔隙比例減少，這使得橡膠改性粉土的滲透性降低，水穩(wěn)定性得到提高。微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠改性粉土的工程性能有著顯著影響。較小的孔隙和更均勻的孔徑分布能夠增強(qiáng)粉土的密實(shí)度，提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在承受荷載時(shí)，孔隙結(jié)構(gòu)均勻的橡膠改性粉土能夠更有效地傳遞應(yīng)力，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而提高其抗變形能力。而孔隙結(jié)構(gòu)的改變也會(huì)影響粉土的滲透性?？紫扼w積減小和孔徑細(xì)化使得水分在土中的滲透路徑變長(zhǎng)，滲透阻力增大，從而降低了粉土的滲透性，提高了其水穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中，了解橡膠改性粉土的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)于合理設(shè)計(jì)工程方案、選擇合適的施工工藝以及評(píng)估工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性具有重要意義。四、廢舊輪胎橡膠改性粉土的力學(xué)性能4.1抗壓強(qiáng)度特性4.1.1無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)是研究橡膠改性粉土力學(xué)性能的重要手段，它能夠直觀地反映材料在無(wú)側(cè)向約束條件下抵抗軸向壓力的能力。本實(shí)驗(yàn)采用應(yīng)變式無(wú)側(cè)限壓力儀，該儀器主要由測(cè)力計(jì)、加壓框架及升降螺桿等部分組成。測(cè)力計(jì)用于測(cè)量施加在試樣上的壓力，其量程根據(jù)土樣的軟硬程度進(jìn)行選擇，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性；加壓框架為實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定的加載結(jié)構(gòu)；升降螺桿則通過手動(dòng)或電動(dòng)方式調(diào)節(jié)加載速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的逐級(jí)加載。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，需嚴(yán)格按照規(guī)范制備試樣。對(duì)于本研究中的橡膠改性粉土，首先將粉土與不同摻量的橡膠粉充分混合均勻，確保橡膠粉在粉土中分散均勻。按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）中的規(guī)定，對(duì)于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土，至少制作6個(gè)試件；對(duì)于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定中粒土和粗粒土，至少分別制作9個(gè)和13個(gè)試件。本實(shí)驗(yàn)制備的橡膠改性粉土試件為直徑50mm、高度100mm的圓柱體。具體制備過程為：稱取一定質(zhì)量的風(fēng)干土并計(jì)算土的干質(zhì)量，根據(jù)試件尺寸和設(shè)計(jì)的橡膠粉摻量，準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量的粉土和橡膠粉。將有代表性的風(fēng)干試樣（必要時(shí)也可以在50℃烘箱內(nèi)烘干），用木錘或木碾搗碎，但應(yīng)避免破碎粒料的原粒徑。將土過篩并進(jìn)行分類，如試樣為細(xì)粒土，則除去大于10mm的顆粒備用。在預(yù)定做試驗(yàn)的前一天，取有代表性的試樣測(cè)定其風(fēng)干含水量。用擊實(shí)試驗(yàn)法確定無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料的最佳含水率和最大干密度。將混合好的土樣分3-5層裝入試模，每層用小型擊實(shí)錘均勻擊實(shí)，直至土樣充滿試模且表面平整。用刮土刀將試模兩端多余的土削去，擦凈試模外壁，得到成型的試件。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每種橡膠粉摻量制備3-5個(gè)平行試件。實(shí)驗(yàn)過程中，將制備好的試件放置在無(wú)側(cè)限壓力儀的加壓框架內(nèi)，調(diào)整好位置，確保試件中心與加載軸同心。通過升降螺桿緩慢施加軸向壓力，加載速率控制在每分鐘應(yīng)變1%-3%。在加載過程中，使用位移計(jì)（百分表）實(shí)時(shí)記錄試件的軸向變形，百分表的量程為10mm，分度值0.01mm。每隔一定時(shí)間（如0.5-1分鐘）記錄一次測(cè)力計(jì)讀數(shù)和位移計(jì)讀數(shù)，直至試件破壞。試件破壞的標(biāo)準(zhǔn)通常為軸向應(yīng)變達(dá)到15%-20%，或荷載-位移曲線出現(xiàn)明顯的峰值后下降。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，研究橡膠摻量、養(yǎng)護(hù)時(shí)間和壓實(shí)度對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。隨著橡膠摻量的增加，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在橡膠摻量較低時(shí)，橡膠粉能夠填充粉土孔隙，改善粉土的顆粒級(jí)配，增強(qiáng)粉土的密實(shí)度，從而提高無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。當(dāng)橡膠摻量超過一定值后，橡膠粉的彈性和柔性特性逐漸顯現(xiàn)，過多的橡膠粉會(huì)削弱粉土顆粒之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度下降。一般來說，橡膠摻量在8%-12%時(shí)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度也有顯著影響。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，橡膠改性粉土中的化學(xué)反應(yīng)逐漸充分，粉土顆粒與橡膠粉之間的粘結(jié)力增強(qiáng)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸增大。在養(yǎng)護(hù)初期，強(qiáng)度增長(zhǎng)較為迅速；隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)速率逐漸減緩。養(yǎng)護(hù)7-14天，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯；養(yǎng)護(hù)28天后，強(qiáng)度增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定。壓實(shí)度與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。壓實(shí)度越高，粉土顆粒之間的排列越緊密，孔隙率越小，橡膠粉與粉土顆粒的接觸面積越大，相互作用越強(qiáng)，從而無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度越高。在實(shí)際工程中，應(yīng)嚴(yán)格控制壓實(shí)度，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以提高橡膠改性粉土的抗壓性能。4.1.2三軸壓縮實(shí)驗(yàn)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)是研究土的力學(xué)性質(zhì)的重要方法之一，它能夠模擬土體在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)行為，為工程設(shè)計(jì)和分析提供關(guān)鍵參數(shù)。其基本原理基于莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論，該理論認(rèn)為材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)就發(fā)生破壞。在三軸壓縮實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)圓柱形土樣施加不同的周圍壓力（小主應(yīng)力\sigma_3）和軸向壓力（大主應(yīng)力\sigma_1），使土樣在三向應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生剪切破壞，從而確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)采用應(yīng)變控制式三軸儀，該儀器主要由壓力室、試驗(yàn)機(jī)、施加周圍壓力和垂直壓力系統(tǒng)、體積變化和孔隙壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成。壓力室是三軸儀的核心部件，用于對(duì)土樣施加周圍壓力，使土樣在三向應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)通過活塞向土樣施加垂直軸向壓力，加載過程由控制系統(tǒng)精確控制。施加周圍壓力和垂直壓力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地提供不同大小的壓力，滿足實(shí)驗(yàn)要求。體積變化和孔隙壓力量測(cè)系統(tǒng)則用于測(cè)量土樣在試驗(yàn)過程中的體積變化和孔隙水壓力，為分析土的力學(xué)性質(zhì)提供重要數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)前，需精心制備土樣。選取具有代表性的粉土，按照不同的橡膠粉摻量（如5%、8%、10%、12%、15%）與橡膠粉充分混合。土樣的制備過程與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)類似，將混合均勻的土樣分多層裝入模具，采用靜壓法或擊實(shí)法使其達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度。制成直徑為39.1mm、高度為80mm的圓柱形土樣，以滿足三軸實(shí)驗(yàn)的要求。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每種橡膠粉摻量制備3-5個(gè)土樣。實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，將制備好的土樣用薄橡皮膜緊密包裹，使土樣的孔隙水與膜外液體完全隔開。將包裹好的土樣放置在壓力室底座的透水石上，然后安裝壓力筒，并擰緊密封螺帽，確保壓力室的密封性。通過壓力室內(nèi)的有壓液體，使土樣在三個(gè)軸向受到相同的周圍壓力\sigma_3，周圍壓力的大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定，如分別設(shè)置為100kPa、200kPa、300kPa等。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，維持周圍壓力不變。接著，通過活塞向土樣施加垂直軸向壓力\sigma_1，使土樣在軸向壓力作用下逐漸發(fā)生變形。加載過程采用應(yīng)變控制方式，剪切應(yīng)變速率一般取每分鐘0.5%-1.0%。在加載過程中，實(shí)時(shí)記錄土樣的軸向變形、側(cè)向變形、孔隙水壓力和所施加的壓力等數(shù)據(jù)。當(dāng)土樣的軸向應(yīng)變達(dá)到15%-20%，或荷載-位移曲線出現(xiàn)明顯的峰值后下降時(shí)，認(rèn)為土樣已被剪破，停止加載。對(duì)同一種土，改變圍壓\sigma_3，重復(fù)上述步驟，得到不同圍壓下土樣的破壞數(shù)據(jù)。通過對(duì)不同圍壓下橡膠改性粉土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和強(qiáng)度特性的分析，可以深入了解橡膠粉摻量對(duì)粉土力學(xué)性能的影響。隨著圍壓的增大，橡膠改性粉土的抗壓強(qiáng)度顯著提高。這是因?yàn)閲鷫旱脑黾邮雇翗宇w粒之間的相互作用力增強(qiáng)，抵抗變形的能力提高。在相同圍壓下，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠改性粉土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。在橡膠粉摻量較低時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出類似粉土的特性，即隨著軸向應(yīng)變的增加，應(yīng)力逐漸增大，達(dá)到峰值后略有下降。當(dāng)橡膠粉摻量增加到一定程度后，曲線的彈性階段延長(zhǎng)，峰值應(yīng)力有所降低，曲線的斜率減小，這表明橡膠粉的摻入增加了粉土的柔韌性和變形能力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以繪制不同圍壓下的極限應(yīng)力圓，并作出這些應(yīng)力圓的公切線，即土的抗剪強(qiáng)度包線。從抗剪強(qiáng)度包線中可以求得抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角\varphi和黏結(jié)力c。隨著橡膠粉摻量的增加，內(nèi)摩擦角\varphi呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，這是由于橡膠粉填充孔隙增強(qiáng)摩擦力后，過多摻入又削弱了顆粒間咬合力。黏結(jié)力c則隨著橡膠粉摻量的增加而逐漸減小，因?yàn)橄鹉z粉與粉土顆粒間的粘結(jié)力相對(duì)較弱。4.2抗剪強(qiáng)度特性4.2.1直接剪切實(shí)驗(yàn)直接剪切實(shí)驗(yàn)選用應(yīng)變控制式直剪儀，其主要由剪切盒、垂直加壓設(shè)備、剪切傳動(dòng)裝置、測(cè)力計(jì)和位移量測(cè)系統(tǒng)組成。剪切盒分為上盒和下盒，土樣放置其中；垂直加壓設(shè)備通過砝碼或液壓裝置對(duì)土樣施加垂直壓力；剪切傳動(dòng)裝置由電機(jī)或手搖驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)下盒水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土樣的剪切；測(cè)力計(jì)采用量力環(huán)或壓力傳感器，用于測(cè)量土樣在剪切過程中所受的剪應(yīng)力；位移量測(cè)系統(tǒng)則通過百分表或位移傳感器記錄土樣的剪切位移。在制備試件時(shí)，從施工現(xiàn)場(chǎng)采取原狀粉土樣，用環(huán)刀在土樣上垂直切取，確保土樣的天然結(jié)構(gòu)不被破壞，每個(gè)環(huán)刀內(nèi)的土樣高度為20mm。將不同摻量的橡膠粉與粉土充分混合均勻，采用靜壓法制成直徑61.8mm、高度20mm的試件。每種橡膠粉摻量制備4個(gè)平行試件，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。實(shí)驗(yàn)步驟如下：將制備好的試件放入剪切盒中，調(diào)整好位置，使試件中心與剪切盒中心重合。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)試件分別施加50kPa、100kPa、150kPa、200kPa的垂直壓力，模擬不同的工程應(yīng)力狀態(tài)。通過垂直加壓設(shè)備緩慢施加垂直壓力，待壓力穩(wěn)定后，啟動(dòng)剪切傳動(dòng)裝置，以0.8mm/min的速率推動(dòng)下盒水平移動(dòng)，使土樣在上下盒之間的水平面上發(fā)生剪切變形。在剪切過程中，通過測(cè)力計(jì)實(shí)時(shí)記錄土樣所受的剪應(yīng)力，利用位移量測(cè)系統(tǒng)記錄土樣的剪切位移，直至土樣被剪壞。剪壞的標(biāo)準(zhǔn)為剪應(yīng)力達(dá)到峰值后不再增加，或剪切位移達(dá)到一定值（一般為10mm）。對(duì)每種橡膠粉摻量的4個(gè)試件，在不同垂直壓力下重復(fù)上述步驟，得到不同工況下的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著橡膠粉摻量的增加，粉土的粘聚力和內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。在低橡膠粉摻量時(shí)，粘聚力有所增加，這是因?yàn)橄鹉z粉填充了粉土孔隙，增加了顆粒間的接觸面積和摩擦力，同時(shí)橡膠粉表面的活性基團(tuán)與粉土顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)了顆粒間的粘結(jié)力。當(dāng)橡膠粉摻量超過一定值后，粘聚力逐漸減小，這是由于過多的橡膠粉削弱了粉土顆粒之間的直接接觸，降低了顆粒間的粘結(jié)強(qiáng)度。內(nèi)摩擦角隨著橡膠粉摻量的增加先增大后減小。在橡膠粉摻量較低時(shí)，橡膠粉的不規(guī)則形狀和表面粗糙度增加了顆粒間的咬合作用，使得內(nèi)摩擦角增大。當(dāng)橡膠粉摻量過高時(shí)，橡膠粉的彈性和柔性導(dǎo)致顆粒間的咬合作用減弱，內(nèi)摩擦角隨之減小。法向應(yīng)力對(duì)粘聚力和內(nèi)摩擦角也有顯著影響。隨著法向應(yīng)力的增大，粘聚力和內(nèi)摩擦角均有所增大。這是因?yàn)榉ㄏ驊?yīng)力的增加使土顆粒之間的接觸更加緊密，摩擦力和咬合作用增強(qiáng)。在工程實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)力條件，合理選擇橡膠粉摻量，以提高粉土的抗剪強(qiáng)度。4.2.2抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定與分析莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論認(rèn)為，材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)就發(fā)生破壞。在二維應(yīng)力狀態(tài)下，土的抗剪強(qiáng)度可表示為\tau_f=c+\sigma\tan\varphi，其中\(zhòng)tau_f為土的抗剪強(qiáng)度，c為粘聚力，\sigma為作用于剪切面上的法向應(yīng)力，\varphi為內(nèi)摩擦角。該理論基于材料的極限平衡條件，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同法向應(yīng)力下的抗剪強(qiáng)度，繪制莫爾應(yīng)力圓，進(jìn)而確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和\varphi。對(duì)于橡膠改性粉土，通過直接剪切實(shí)驗(yàn)獲得不同橡膠粉摻量和法向應(yīng)力下的剪應(yīng)力數(shù)據(jù)，繪制剪應(yīng)力-法向應(yīng)力關(guān)系曲線。在曲線上，取不同法向應(yīng)力對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力峰值，根據(jù)莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論，以剪應(yīng)力峰值為縱坐標(biāo)，法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，繪制莫爾應(yīng)力圓。通過對(duì)多個(gè)莫爾應(yīng)力圓的分析，作出它們的公切線，即抗剪強(qiáng)度包線?？辜魪?qiáng)度包線在縱坐標(biāo)上的截距即為粘聚力c，包線與橫坐標(biāo)的夾角即為內(nèi)摩擦角\varphi。隨著橡膠粉摻量的變化，橡膠改性粉土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。當(dāng)橡膠粉摻量較低時(shí)，粘聚力和內(nèi)摩擦角均隨著摻量的增加而增大。這是因?yàn)樯倭肯鹉z粉的摻入填充了粉土孔隙，改善了粉土的顆粒級(jí)配，使土顆粒之間的接觸更加緊密，增強(qiáng)了顆粒間的摩擦力和粘結(jié)力，從而提高了抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)橡膠粉摻量超過一定值后，粘聚力和內(nèi)摩擦角開始下降。過多的橡膠粉削弱了粉土顆粒之間的直接連接，橡膠粉的彈性和柔性特性使得顆粒間的咬合作用減弱，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)的變化對(duì)工程穩(wěn)定性有著重要影響。在道路工程中，路基的穩(wěn)定性與土的抗剪強(qiáng)度密切相關(guān)。如果橡膠改性粉土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)過低，在車輛荷載和自然因素的作用下，路基可能發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫、塌陷等病害。在地基工程中，地基的承載能力也取決于土的抗剪強(qiáng)度。若抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不足，地基可能無(wú)法承受建筑物的荷載，引發(fā)建筑物的沉降、傾斜甚至倒塌。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體的工程要求和地質(zhì)條件，合理確定橡膠粉的摻量，以保證橡膠改性粉土具有足夠的抗剪強(qiáng)度，確保工程的穩(wěn)定性和安全性。4.3彈性模量與變形特性4.3.1彈性模量的測(cè)試方法靜態(tài)法：靜態(tài)法測(cè)試彈性模量的原理基于胡克定律，即材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。對(duì)于橡膠改性粉土，通過對(duì)其施加一定的軸向荷載，測(cè)量相應(yīng)的軸向應(yīng)變，根據(jù)公式E=\frac{\sigma}{\varepsilon}（其中E為彈性模量，\sigma為應(yīng)力，\varepsilon為應(yīng)變）計(jì)算彈性模量。在實(shí)驗(yàn)中，使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)作為主要設(shè)備。該設(shè)備由加載系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。加載系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，對(duì)試樣施加軸向荷載；測(cè)量系統(tǒng)采用壓力傳感器測(cè)量荷載大小，使用位移傳感器測(cè)量試樣的軸向變形?？刂葡到y(tǒng)則用于設(shè)定加載速率、控制加載過程以及采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，將制備好的橡膠改性粉土試樣（一般為直徑50mm、高度100mm的圓柱體）放置在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的上下壓板之間，調(diào)整好位置，確保試樣中心與加載軸同心。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以一定的加載速率（如0.5mm/min）緩慢施加軸向荷載。在加載過程中，實(shí)時(shí)采集壓力傳感器和位移傳感器的數(shù)據(jù)，記錄不同荷載下試樣的軸向變形。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般對(duì)每個(gè)試樣進(jìn)行3-5次重復(fù)加載卸載循環(huán)，取穩(wěn)定后的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。靜態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)設(shè)備常見，易于操作。由于加載速率較慢，試驗(yàn)過程中存在時(shí)間效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏小，且對(duì)于脆性材料或在高溫環(huán)境下，該方法不太適用。2.動(dòng)態(tài)法：動(dòng)態(tài)法測(cè)試彈性模量的原理是基于材料的共振特性。通過對(duì)橡膠改性粉土試樣施加一個(gè)動(dòng)態(tài)激勵(lì)，使其產(chǎn)生共振，測(cè)量共振頻率，再根據(jù)試樣的幾何尺寸、質(zhì)量等參數(shù)，利用相關(guān)公式計(jì)算彈性模量。本實(shí)驗(yàn)采用彎曲共振法，使用動(dòng)態(tài)彈性模量測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量。該設(shè)備主要由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、激振器、拾振器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率范圍的正弦信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)激振器，激振器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，作用于試樣上。拾振器則用于拾取試樣的振動(dòng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)步驟為：將橡膠改性粉土試樣加工成尺寸為長(zhǎng)200mm、寬20mm、高10mm的長(zhǎng)方體。將試樣用兩根柔軟的懸線水平懸掛在激振器和拾振器之間，確保試樣在自由狀態(tài)下。啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，逐漸改變信號(hào)頻率，當(dāng)試樣發(fā)生共振時(shí)，拾振器輸出的信號(hào)幅值達(dá)到最大值。通過數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)記錄此時(shí)的共振頻率。根據(jù)試樣的尺寸、質(zhì)量以及共振頻率，利用公式E=1.6067\times\frac{mL^3f^2}{bh^3}（其中m為試樣質(zhì)量，L為試樣長(zhǎng)度，f為共振頻率，b為試樣寬度，h為試樣高度）計(jì)算彈性模量。動(dòng)態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快，對(duì)試樣損傷小，能反映材料在微小變形下的彈性性能，適用于各種材料。但設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高，且測(cè)試結(jié)果受試樣的形狀、尺寸等因素影響較大。4.3.2變形特性分析在不同應(yīng)力水平下，橡膠改性粉土呈現(xiàn)出獨(dú)特的變形規(guī)律。通過三軸壓縮實(shí)驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，獲取了橡膠改性粉土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。當(dāng)應(yīng)力水平較低時(shí)，橡膠改性粉土處于彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變基本呈線性關(guān)系。這是因?yàn)樵诘蛻?yīng)力作用下，土顆粒之間的相對(duì)位移較小，橡膠粉與粉土顆粒之間的連接結(jié)構(gòu)未被破壞，能夠較好地抵抗變形。隨著應(yīng)力水平的逐漸增加，橡膠改性粉土進(jìn)入彈塑性變形階段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線開始偏離線性關(guān)系，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度加快。此時(shí)，土顆粒之間的摩擦力和粘結(jié)力逐漸被克服，顆粒發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，橡膠粉與粉土顆粒之間的連接也逐漸被破壞，導(dǎo)致變形增大。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，橡膠改性粉土達(dá)到破壞狀態(tài)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)峰值后下降。橡膠摻量對(duì)橡膠改性粉土的變形特性有著顯著影響。隨著橡膠摻量的增加，橡膠改性粉土的彈性模量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在橡膠摻量較低時(shí)，橡膠粉填充了粉土孔隙，改善了粉土的顆粒級(jí)配，增強(qiáng)了粉土的密實(shí)度，使彈性模量增大。當(dāng)橡膠摻量超過一定值后，橡膠粉的彈性和柔性特性逐漸顯現(xiàn)，過多的橡膠粉削弱了粉土顆粒之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致彈性模量下降。一般來說，橡膠摻量在8%-12%時(shí)，彈性模量達(dá)到最大值。橡膠摻量的變化還會(huì)影響粉土的變形模式。在低橡膠摻量時(shí)，橡膠改性粉土的變形模式與天然粉土相似，主要表現(xiàn)為剪切破壞。隨著橡膠摻量的增加，橡膠粉的柔性使得土樣在受力時(shí)能夠發(fā)生更大的變形，變形模式逐漸向塑性流動(dòng)轉(zhuǎn)變。這種變形模式的轉(zhuǎn)變使得橡膠改性粉土在承受較大變形時(shí)，仍能保持一定的承載能力，提高了其工程應(yīng)用的適應(yīng)性。在道路路基工程中，橡膠改性粉土的這種變形特性能夠有效吸收車輛荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，減少路面的裂縫和車轍。五、廢舊輪胎橡膠改性粉土的水穩(wěn)定性5.1吸水性與保水性5.1.1吸水性實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)旨在探究橡膠改性粉土的吸水性特性，為分析其在不同環(huán)境條件下的性能變化提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)材料選用前文制備的粒徑在0.3-0.5mm的廢舊輪胎橡膠粉和低液限粉土，粉土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)為：液限w_L=26.5\%，塑限w_P=16.2\%，塑性指數(shù)I_P=10.3，天然含水量w=12.5\%，比重G_s=2.70。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主要有電子天平（精度0.01g）、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱、帶有密封蓋的玻璃容器等。電子天平用于精確稱量粉土、橡膠粉、試樣及吸水后的質(zhì)量；恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱用于控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度和濕度，保持溫度為25℃，相對(duì)濕度為60%，模擬較為常見的自然環(huán)境條件；玻璃容器則用于盛放試樣和水，其密封蓋可防止水分蒸發(fā)，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，按照橡膠粉摻量（質(zhì)量百分比）分別為0%、5%、8%、10%、12%、15%的比例，準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的橡膠粉和粉土，放入攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杈鶆?，得到不同橡膠摻量的改性粉土混合料。將混合好的改性粉土制成直徑為50mm、高度為30mm的圓柱形試樣，每個(gè)橡膠摻量制備3個(gè)平行試樣。將制備好的試樣放入105-110℃的烘箱中烘干至恒重，取出后放入干燥器中冷卻至室溫，用電子天平準(zhǔn)確稱取其初始質(zhì)量m_0。將冷卻后的試樣放入裝有一定量水的玻璃容器中，使水面剛好沒過試樣。將玻璃容器密封后放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中，分別在1h、3h、6h、12h、24h后取出試樣，用濾紙輕輕吸干試樣表面的水分，迅速用電子天平稱取試樣的質(zhì)量m_1。根據(jù)公式w=\frac{m_1-m_0}{m_0}\times100\%計(jì)算試樣在不同時(shí)間的吸水率，其中w為吸水率，m_0為試樣初始質(zhì)量，m_1為吸水后試樣的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠摻量對(duì)粉土的吸水性有顯著影響。隨著橡膠摻量的增加，粉土的吸水率逐漸降低。當(dāng)橡膠摻量從0%增加到15%時(shí)，24h吸水率從25.6%降至16.3%。這是因?yàn)橄鹉z粉的吸水性較弱，其填充在粉土孔隙中，減少了粉土與水的接觸面積，從而降低了粉土的吸水率。粉土的初始含水率也會(huì)影響其吸水性。在相同橡膠摻量下，初始含水率較高的粉土，其吸水率相對(duì)較低。這是因?yàn)槌跏己矢咭馕吨弁量紫吨幸押休^多水分，可供水分進(jìn)入的孔隙空間減少，所以吸水率降低。5.1.2保水性實(shí)驗(yàn)保水性實(shí)驗(yàn)主要采用稱重法來評(píng)估橡膠改性粉土在一定時(shí)間內(nèi)保持水分的能力。將不同橡膠摻量的改性粉土制成與吸水性實(shí)驗(yàn)相同尺寸的試樣，每個(gè)橡膠摻量制備3個(gè)平行試樣。將試樣放入105-110℃的烘箱中烘干至恒重，取出后放入干燥器中冷卻至室溫，稱取