红粘土中胶结物对填筑性能的影响

王 东

(中冶华天南京工程技术有限公司，江苏 南京 210019)

红粘土中胶结物对填筑性能的影响

王 东

(中冶华天南京工程技术有限公司，江苏 南京 210019)

从土质学角度，根据X衍射和全化学元素试验，对红粘土中的矿物进行了分析，并结合击实试验与CBR试验，探讨了红粘土中矿物组成对填筑性能的影响，以期深化对红粘土的成分和工程性质相互关系的认识。

红粘土，填筑性能，矿物成分，CBR试验

0 引言

红粘土因其具有高孔隙比、高含水率、高液限等特殊的工程性质，在各种工程中往往需慎重对待。赵颖文[1]研究发现在不同脱湿阶段，土体力学指标和胀缩性能，在较低的含水量范围内受控于裂隙性，在较高含水量范围内受基质吸力控制。聂庆科[2]研究发现浸水效应对红粘土强度有显著的影响。谈云志[3]研究发现最大CBR值对应的含水率大于最优含水率3%左右，填料的压实度可比规范降低2.5%。刘龙武[4]对耒宜高速中红粘土作为路基填料的工程性能进行试验，探讨红粘土填筑材料的收缩开裂所引起的系列问题及控制措施。

以上的研究成果多结合具体的工程,从材料强度以及改良方法角度对红粘土作为路用填料进行了分析，但红粘土的特殊工程性质与其物质组成密切相关的。对红粘土进行填筑时，由于受到完全扰动，原生结构被破坏，在压实作用下所形成的次生结构受矿物组成影响尤为突出。因此，本文针对现有研究的不足，对取自武鸣和桂林的两种红粘土进行了填筑性能及矿物组成的研究，从土质学的角度分析红粘土中矿物组成对填筑性能的影响，以期深化红粘土的成分和工程性质相互关系的认识。

1 红粘土的工程特性

1.1 原状红粘土的物理力学指标

原状红粘土的物理力学指标见表1～表3。

表1 红粘土的颗粒组成

表2 红粘土物理性质指标

表3 原状红粘土的力学指标

1.2 红粘土的填筑性能

1)试验方案。

参照JTG E40—2007公路土工试验规程的有关规定要求，对选取的两种红粘土进行重型击实试验，分别测定两种土的最大干密度与最优含水率。另根据两种土的不同特点，分别进行了浸水试验、粒径影响试验。主要有：

a.将两种红粘土在最优含水率附近各配置6组试件，进行填筑性能对比试验；

b.按初始含水量25%，27%，29%，31%，32%，35%配置三组试样，泡水1.5 d，4 d，6 d后进行CBR试验。

2)试验结果。

如图1所示，对取自武鸣和桂林的两种红粘土进行CBR测试，武鸣试样的CBR最大值大约只有桂林试样的1/2。如图2所示，武鸣试样的膨胀量明显高于桂林试样，最大值相差3倍左右。由图3可知，桂林试样的土体最大干密度和最优含水率分别为1.49 g/cm3和28.9%；武鸣试样的土体最大干密度和最优含水率分别为1.57 g/cm3和27.1%。结合图1～图3可以看出，桂林土体的水稳性比武鸣试样要好一些，因而桂林红粘土的填筑性能也优于武鸣红粘土。

2 红粘土的化学成分和矿物成分

红粘土特殊的工程性质和其化学成分、矿物成分、胶结物的含量及其存在形式是密切相关的，因此利用X衍射和全化学元素分析对红粘土的矿物、胶结物进行了试验分析。

图4,图5为X衍射试验结果。对于武鸣红粘土，在7.16Å,3.58Å,2.39Å衍射峰证明了高岭石的存在，4.155Å,3.35Å,2.673Å,2.568Å是针铁矿的特征峰。桂林红粘土的主要矿物成分是三水铝石、高岭石和针铁矿以及石英(3.348Å,4.15Å)。

全化学元素分析测定SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO,K2O,Na2O,MnO等元素，试验结果见表4。结合全化学元素分析法和X衍射估算各种矿物成分相对含量见表5。

表4 试样及其母岩的化学成分 %

表5 试样及其母岩的矿物成分 %

由表5可知：1)除了桂林红粘土含一定量的石英外，两地红粘土的主要矿物成分是一样的，都含有高岭石、三水铝石、针铁矿；2)两者的三水铝石含水量大致相当，桂林红粘土针铁矿的含量比武鸣的高，主要存在于小于2 mm的土中，而武鸣红粘土的针铁矿主要存在大于2 mm的土中；3)武鸣的红粘土的母岩为碳酸盐岩，主要成分是方解石，而桂林红粘土的母岩的主要的矿物成分为白云石。

表6 广西红粘土力学指标及矿物成分

表6为广西贵港红粘土、桂林红粘土、武鸣红粘土针铁矿与原状土强度的相应关系，结果表明抗剪强度指标，特别是粘聚力与针铁矿含量呈正相关。

3 结语

根据填筑性能试验结果可知，桂林红粘土的CBR及水稳性均要优于武鸣红粘土。一般来说，土的填筑性能取决于土的矿物成分、胶结物、微观结构等因素，从表5可知，两种土中针铁矿含量差别较大，而对于红粘土而言，土中的铁、铝胶结物使得其容易形成显著的团粒结构，团粒微孔富含惰性水使得土的液塑限高，但团粒间的胶结又增强了土体的强度，提高承载性能，因此土中的胶结物对工程特性有重要的影响。

但游离氧化铁只有部分起胶结作用，且在用于填筑时，由于重塑扰动，土中氧化铁只有部分胶结是可逆的，当红粘土中的氧化铁以结核的形式存在，颗粒间就无法形成有效的胶结。因此，游离氧化铁的有效胶结作用对红粘土的工程性能具有重要的影响，是桂林红粘土具有较高CBR值与水稳性的主要原因。

[1] 赵颖文，孔令伟，郭爱国，等.广西原状红粘土力学性状与水敏性特征[J].岩土力学，2003，24(4)：568-572.

[2] 聂庆科，王英辉，梁书奇，等.广西靖西红粘土及其击实后的水稳定性试验研究[J].岩土力学，2010，31(4)：1134-1138.

[3] 谈云志，孔令伟，郭爱国，等.红粘土路基填筑压实度控制指标探讨[J].岩土力学，2010，31(3)：851-855.

[4] 刘龙武,杨和平,康石磊，等.红粘土填料的路用性质研究[J].公路,2002(6):125-128.

The influence of cement in red clay to filling performance

Wang Dong

(ChinaMetallurgicalGroupHuatianNanjingEngineeringTechnologyLimitedCompany,Nanjing210019,China)

From the perspective of soil, according to the X diffraction and chemical element test, this paper analyzed the minerals in red clay, and combining with the compaction test and CBR test, discussed the influence of mineral composition of red clay to filling performance, in order to deepen the understanding of red clay components and engineering performance relationship.

red clay, filling performance, mineral composition, CBR test

1009-6825(2017)05-0119-03

2016-12-04

王 东(1989- )，男，助理工程师

TU446

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