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传洋梁、吴强大剑Liu Huiguo Wu Dashuo Chen回族Liu Yuanzhuo歌, ”发泡聚苯乙烯粒径对粘性土的工程特性”,土木工程的发展, 卷。2021年, 文章的ID9951915, 10 页面, 2021年。 https://doi.org/10.1155/2021/9951915
发泡聚苯乙烯粒径对粘性土的工程特性
文摘
发泡聚苯乙烯的粒径(EPS)会影响工程EPS-clay混合物的性质。然而,EPS颗粒大小的影响差异群体细分在1 - 3毫米工程性质通常是忽略。在这项研究中,不同粒径的EPS颗粒被认为是分别调查影响最优含水量(油水界面),最大干密度(MDD),无侧限抗压强度(UCS)、延性、渗透系数、压缩指数EPS-clay混合。结果表明,MDD,延性,水力传导率,和压缩指数EPS-clay混合与每股收益的增加不增加粒度在0.3 - 3毫米,在油水界面和UCS不减少。对于一个给定的EPS内容,在样本的EPS颗粒大小0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 3毫米,EPS-clay混合的MDD和UCS EPS颗粒大小是最大的,1 - 2毫米油水界面,延性,渗透系数和压缩指数是最小的。微观结构分析表明,样品1 - 2毫米,EPS颗粒大小的孔隙体积较低和微观结构的密度,这的主要原因是EPS颗粒大小可以影响EPS-clay混合材料的工程特性。
1。介绍
由于过度的重量填土或地基的承载力不足,软地基的不均匀沉降和挡土墙的不稳定容易发生在工程建设(1- - - - - -3]。常规治疗方法包括土壤置换缓冲、排水固结、注浆固化,加固方法,等等4]。这些方法可以提高基础的属性和特征(5- - - - - -7]。应用轻质土壤随着填土是一种新的方法,可以降低压力水平的软基通过减少的重量填土(8- - - - - -10]。轻量级的土壤是由可再生资源,如泡沫塑料,不仅降低填土的重量,而且解决塑料垃圾的污染11]。
发泡聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料的一种,有许多属性,如重量轻、耐压性,耐久性,和保温,可以用于生产轻质土壤,广泛应用于工程建设12- - - - - -14]。早在1970年代,挪威和荷兰等欧洲国家开始使用塑造EPS轻质路堤(15,16]。在1980年代,每股收益与其他混合胶凝材料添加到土壤中,使稳定轻质土在日本和其他国家(17- - - - - -19]。直到21世纪初,轻质土的生产技术被引入中国,已经获得了许多研究研究轻质土的每股收益(20.,21]。
在研究与EPS轻质土壤,EPS颗粒大小的影响土壤的工程性质(例如,透水性、无侧限抗压强度(UCS)和压缩特征)不容忽视(22]。山田et al。23]表明,样本的透水性与EPS颗粒大小的增加增加每股收益直径在1 - 5毫米的范围。随后,球形EPS颗粒与1 - 3毫米的UCS比破碎和片状EPS颗粒被报道8]。为了降低项目成本,EPS颗粒与颗粒大小的影响大于3毫米轻量土的抗剪强度进行了研究[12]。然后,压实试验的影响类型的轻量土的压实特性与EPS颗粒大小是调查(3 - 5毫米24]。它可以发现,当前的研究主要集中在组1 - 3毫米和组的使用在EPS颗粒大小(大于3毫米21,25]。然而,这些研究忽略EPS颗粒大小的影响差异群体细分内1 - 3毫米,广泛应用于土木工程项目,工程性质的EPS-clay混合(21,25]。
本研究旨在调查样本细分的影响EPS颗粒大小在0.3 - 3毫米EPS-clay混合的物理和机械性能。首先,一系列岩土测试包括普罗克特压实、无侧限抗压强度、透水性,分别进行和一维压缩试验。然后,组织被揭示的机制EPS颗粒大小的工程性质EPS-clay混合使用扫描电子显微镜(SEM)测试。预计为相关设计提供基本数据和土木工程建设项目。
2。材料和方法
2.1。测试材料
这次调查中使用的粘性土来自浙江的一个建筑工地,中国。表1显示该粘性土的物理和力学性能。根据统一的土壤分类系统(ASTM D2487-11),粘性土被分类为低塑性粘土(CL)。
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EPS本实验项目中使用了从广州商业建筑公司。基于之前的研究结果(8],EPS颗粒被选中和渗确保每股收益的大小在0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 3毫米,分别。图1显示了EPS与三种不同粒径的照片。可以看出,1 - 2毫米,2 - 3毫米的颗粒大小差异大于0.3 - 1毫米,1 - 2毫米。
(一)
(b)
(c)
2.2。样品制备
EPS含量低,1%和2%,被选为防止偏析的EPS颗粒内的样本矩阵。EPS含量按重量的干样本用于所有样本推断比较数据来评估EPS颗粒大小的影响。为了减少水化产品测试结果的影响,水泥和石灰没有添加(26]。根据粒度的EPS,样本分为三组,即组0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,和组2 - 3毫米。未混合的土壤作为对照组。首先,最优含水量(油水界面)和最大的干密度(MDD)每组都由普氏压实试验符合ASTM 2000年D698a。接下来,EPS-clay混合在一个大托盘准备不断喷水量计算的油水界面的帮助下通过喷雾瓶和混合抹刀直到达到均匀的外观。准备的EPS-clay混合然后用厚塑料布和放置24小时,使水在混合分散均匀。
2.3。测试计划
EPS-clay混合物被压缩成标准圆柱形钢模具生产样品的大小直径39毫米和80毫米高的无侧限抗压测试。根据城市道路路基土壤的密实度标准样品的密实度是设计为95%。应变控制试验的类型进行了样本集和仪器应用应变1.6毫米/分钟的速度。水渗透试验,样品与61.8毫米直径的大小和40毫米高度准备变量头渗透仪法。压缩试验,样品的尺寸是61.8毫米直径,高度20毫米。基于地球静应力和附加应力的要求,50 kPa的加载压力,100 kPa, 200 kPa, 400 kPa, 800 kPa逐步应用。当应变率小于0.005毫米/小时,下一阶段加载压力应用。SEM测试,冻干样品切成方块与10毫米×10毫米×10毫米被涂上一层黄金诱导电导率。进行了SEM分析这些样本使用扫描电子显微镜。在这个实验中,选择2重复测试的平均值计算。
3所示。结果与讨论
3.1。压实特性
图2显示了土壤普罗克特压实曲线混合了不同大小的每股收益。随着含水量的增加,干燥EPS-clay混合不同密度EPS颗粒尺寸增加,然后降低。在普罗克特压实曲线上峰值,这类似于抛物线。这表明的油水界面和MDD EPS-clay混合使用不同的EPS颗粒大小可以通过压实试验。对于一个给定的EPS含量,普罗克特压实曲线组的1 - 2毫米了高于0.3 - 1毫米,2 - 3毫米。这意味着集团1 - 2毫米的干密度大于其他组在同一压实工作和含水量。与EPS颗粒大小的0.3 - 1毫米和12毫米,2 - 3毫米EPS颗粒大小是最大的和EPS颗粒和土壤颗粒之间的附着力较差。因此,相同的压实工作锤的其他组织,体积压缩的增加,塑性变形,密度小2 - 3毫米。另一方面,当含水量相同,组2 - 3毫米更难得到由于最大粒径和比表面积,从而导致最小干密度。相比之下,1 - 2毫米的EPS颗粒大小和2 - 3毫米,0.3 - 1毫米EPS颗粒大小是最小的,这是容易EPS颗粒和土壤颗粒之间的附着力强。 This behavior dissipates part of the compaction energy, making EPS-clay blends difficult to be compacted when the compaction work is same. Moreover, at the same water content, a layer of water film forms more easily on the surface of EPS particles with 0.3–1 mm in EPS particle size, promoting the dissipation of compaction energy.
油水界面和MDD的土壤是两个重要的参数,以反映其压实特性(24]。通过计算土壤压实后的干密度,不同粒径的影响每股收益的EPS-clay混合的压实特性探讨。图3(一个)油水界面的显示了比较EPS-clay混合不同的EPS颗粒大小。对于一个给定的EPS含量、油水界面的组的1 - 2毫米小于组0.3 - 1毫米,2 - 3毫米。例如,油水界面的组0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,和2 - 3毫米是23.42%,22.61%,和24.61%,分别的EPS含量为1%。可以看出EPS-clay混合的油水界面不随着EPS颗粒大小的增加而增加。为0.3 - 1毫米,大量的小颗粒导致许多EPS颗粒之间的孔隙,导致大量的水被要求符合EPS和粘土颗粒。组2 - 3毫米,EPS颗粒大小更大与每股收益0.3 - 1毫米,1 - 2毫米的大小,导致一个更大的比表面积和孔隙大小颗粒之间由于疏水性EPS (24]。因此,EPS珠,2 - 3毫米粒度需要多少水和粘性土,导致一个大的油水界面组2 - 3毫米。图3 (b)显示了比较的MDD EPS-clay混合不同的EPS颗粒大小。同样,MDD EPS-clay混合并不减少与EPS颗粒大小的增加,例如,组1 - 2毫米的MDD是1.147克/厘米3集团,大于0.3 - 1毫米,2 - 3毫米。组0.3 - 1毫米,颗粒大小接近的粘土颗粒,这是容易与土壤颗粒凝聚形成一个弹性的身体。因此,它更难被压缩在相同压实工作的其他组织。此外,集团0.3 - 1毫米的小孔隙大小更容易充满自由水与孔隙水压力。这种行为导致的能量耗散压实工作,导致样品更难被压缩。组织2 - 3毫米,大粒径大反弹效应的压实工作成果由于每股收益的弹性,使其更难被压缩。此外,干密度的增加EPS-clay混合在压实过程中不仅是由于减少颗粒之间的孔隙的数量和规模也由于EPS珠的塑性变形。因此,很难增加干密度增加压实工作一旦达到极限变形EPS珠。
(一)
(b)
3.2。强度属性
图4显示了样品的应力-应变曲线与不同的EPS颗粒大小。对于一个给定的附加内容,当EPS颗粒大小是1 - 2毫米,0.3 - 1毫米,2 - 3毫米,分别的数据表明,应力-应变曲线向下和向右移。这意味着样品1 - 2毫米的每股收益大小目前高强度和低延性比的0.3 - 1毫米,2 - 3毫米。与其他组相比,在相同密实度,组1 - 2毫米的密度是最高最大的MDD。样品的颗粒紧密联系和封闭,从而增加样品的剪切强度。另一方面,小颗粒之间的孔隙组1 - 2毫米导致粒子的运动更加困难。一旦剪切应力达到样品的剪切强度,组1 - 2毫米的样品很容易被摧毁在很短的时间内由于能源更加难以消散,这是减少样品的延性的原因。此外,强度降低,延性EPS含量增加而增加。这种行为的结果油水界面的增加和减少MDD与EPS含量的增加27,28]。此外,随着EPS,与低强度和高韧性材料,取代了粘性土混合,EPS-clay混合的强度降低,延性增加。EPS珠与土壤颗粒的失败的另一个原因是减少EPS-clay混合的力量。为了探索力量属性定量,UCS和延性提取进行进一步的比较分析。
图5(一个)显示的比较UCS EPS颗粒大小不同。对于一个给定的附加内容,组1 - 2毫米的UCS高于其他组。可以看出的UCS EPS-clay混合不与EPS颗粒大小的增加减少。例如,当EPS含量是1%,UCS的样本组0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 3毫米95.5 kPa, 127.4 kPa,分别和87.6 kPa。这可以归因于MDD最高的1 - 2毫米在同样的附加内容。因此,密度样品的微观结构与预计1 - 2毫米的EPS颗粒大小与其他组相比,导致更高的强度。此外,不同组之间的UCS 0.3 - 1毫米,1 - 2毫米小于组1 - 2毫米,2 - 3毫米之间。这表明不同的土壤结构组0.3 - 1毫米,1 - 2毫米小是因为约等于粒子大小。组织2 - 3毫米,EPS颗粒大小远远大于土壤颗粒,使土壤颗粒不能与EPS颗粒紧密结合。此外,最大的比表面积和EPS的表面光滑,2 - 3毫米粒径削弱土壤颗粒之间的咬合的效应,导致最小的力量在所有组。 Figure5 (b)显示的比较不同的EPS颗粒大小的延性。同样,延性EPS-clay混合并不随着EPS颗粒尺寸增加而增加。相比之下,0.3 - 1毫米,2 - 3毫米,1 - 2毫米的延性的样本EPS颗粒大小是最低的,例如,样本的延性是2.91,2.23,和3.57,分别为0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 3毫米添加剂的含量为1%。样本组0.3 - 1毫米,毛孔的大小虽小,但是毛孔的数量多。样本组2 - 3毫米,不仅毛孔大的大小,而且毛孔的数量多。粒子之间的剪切应力时,毛孔可以帮助粒子调整他们的立场来消耗能量,从而增加样本的延性与0.3 - 1毫米或EPS颗粒大小2 - 3毫米。相反,毛孔的大小的1 - 2毫米的数量很小,毛孔小,使样本承受巨大压力,但容易发生脆性破坏。
(一)
(b)
3.3。水力特性
如前所述,EPS-clay混合物的渗透系数是决定各自的油水界面和MDD的混合。图6显示了渗透系数的比较不同的EPS颗粒大小。对于一个给定的附加内容,EPS-clay混合物的渗透系数1 - 2毫米低于EPS-clay混合与0.3 - 1毫米,2 - 3毫米,即。EPS-clay混合物的渗透系数与每股收益的增加不增加粒度在0.3 - 3毫米。例如,1%的添加剂含量,EPS-clay混合物的渗透系数是60.9×10−6厘米/秒,9.0×10−6厘米/秒,710.6×10−6cm / s,分别为0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 3毫米。MDD以来集团是最大的在所有组中,1 - 2毫米的孔隙比和孔隙空间压缩混合是最小的。小和几个毛孔导致液压系数最低的1 - 2毫米。此外,粒子之间的吸附水的1 - 2毫米提供较大的粘性阻力由于样品的密度大,阻碍了自由水的通道。因此,集团的渗透系数降低1 - 2毫米。与样品相比,在EPS颗粒大小与1 - 2毫米,集团更大的渗透系数0.3 - 1毫米,2 - 3毫米的结果更多的颗粒之间的孔隙。此外,最大的差异之间的渗透系数组1 - 2毫米,2 - 3毫米是归因于MDD和油水界面的最大区别。组2 - 3毫米的水力传导率最高的EPS在同一内容由于毛孔大的数量和大小的样品以及大表面光滑的EPS珠。
3.4。压缩特性
图7显示压缩曲线EPS-clay混合不同的EPS颗粒大小。加载应力小于屈服应力时,样品的曲线与EPS颗粒大小为1 - 2毫米以下的曲线组0.3 - 1毫米,2 - 3毫米对于一个给定的附加内容。这意味着集团的初始孔隙比小于1 - 2毫米,0.3 - 1毫米,2 - 3毫米。在相同密实度,组1 - 2毫米的干密度最大的是因为MDD最高,导致样品的初始孔隙度最大。此外,初始孔隙比的差异之间的组1 - 2毫米,2 - 3毫米大,因为大MDD的区别。加载应力大于屈服应力时,群体的压缩曲线的斜率小于1 - 2毫米,0.3 - 1毫米,2 - 3毫米,集团也归因于更高的MDD的1 - 2毫米。由于更大的气孔数量和规模的2 - 3毫米,每个加载下样品的变形更大压力,从而导致一个更大的压缩曲线的斜率。
图8显示了压缩指数的比较不同的EPS颗粒大小。可以看出,压缩指数的样本并不随着EPS颗粒大小的增加而增加。对于一个给定的附加内容,组1 - 2毫米的压缩指数是最小的,2 - 3毫米是最大的集团在所有组。最大的MDD和最小的油水界面组1 - 2毫米导致样本的最小压缩比其他组。换句话说,样品很难被压缩由于小数量和大小的孔在同一加载压力。另一方面,作为一个可压缩材料,EPS颗粒的塑性变形随载荷的增加压力。组织2 - 3毫米,最大的压缩变形EPS-clay混合也归因于最多的EPS珠的压缩变形与一个大粒度。因此,EPS-clay混合的压缩性EPS颗粒增加2 - 3毫米。此外,随着EPS含量的增加,样品的压缩系数增加,这意味着EPS能维持更高的孔隙比。
3.5。微观结构分析
图9显示了EPS-clay SEM图像的对比与不同的EPS颗粒混合大小。它可以发现土壤样本的主要粒子粒径的粗粉砂10 - 75μ米(29日]。此外,EPS颗粒大小影响着孔隙体积,导致组织的松散状态。EPS相同内容时,孔隙大小随EPS颗粒大小的增加。例如,当每股收益的内容是1%,孔隙大小的0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 3毫米大约是5-22μ米,8-25μm, 15-36μm,分别。与工程性质的2 - 3毫米,油水界面越低,延性、渗透系数、压缩指数以及更高的MDD和UCS的0.3 - 1毫米,1 - 2毫米是由于较低的孔隙体积和密集的微观结构。组织2 - 3毫米,孔隙体积的颗粒大小是最大的,因为所有组的每股收益是最大的。土壤颗粒不能紧密接触,使样品的微观结构松散。毛孔的组数0.3 - 1毫米以上的组1 - 2毫米,导致更高的油水界面,延性、渗透系数、压缩指数以及较低的MDD和UCS。换句话说,组1 - 2毫米,土壤颗粒相互连接,从而导致样品的微观结构更致密的状态。随着EPS含量的增加,微观结构变得松散,孔隙体积增加。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
4所示。结论
的观点比较不同大小的影响EPS颗粒的粘土的工程特性,油水界面,MDD,渗透系数,UCS,延性和压缩指数测定EPS-clay EPS颗粒大小不同的混合物。研究从而增加了新的方面到目前为止已经完成在这个研究领域,帮助画很有趣,原来的结论。从实验研究可以得出以下结论:(一)EPS颗粒大小增加,油水界面的EPS-clay混合并不增加,MDD不减少。在0.3 - 1毫米,1 - 2毫米,2 - 3毫米,组1 - 2毫米的油水界面是最小的MDD是最大的。组织2 - 3毫米,大的比表面积和孔之间的粒子导致更多的水被需要符合EPS和粘土颗粒破裂状态到一个完整的状态。此外,压实的反弹效应大粒度的工作是伟大的,因为该组织2 - 3毫米。组的0.3 - 1毫米,颗粒之间的孔隙数量越多,最近的EPS颗粒的粘土颗粒的大小使EPS珠很容易与粘土颗粒凝聚形成一个弹性的身体。(b)工程性质,包括延性、渗透系数和压缩指数EPS-clay混合,不增加而UCS并不减少与增加EPS颗粒大小在0.3 - 3毫米。对于一个给定的添加剂含量,UCS EPS-clay混合与1 - 2毫米的每股收益高于其他组,而延性,渗透系数和压缩指数较低。这可以归因于最高的MDD和最小的油水界面的组1 - 2毫米在同样的附加内容。(c)SEM照片表明,相比之下,0.3 - 1毫米,2 - 3毫米,低孔隙体积和组1 - 2毫米的密集的微观结构使样本能承受更多的压力和更大的变形更容易发生脆性破坏。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究是由项目支持的江苏省研究生创新研究与实践项目(没有。kycx19 - 0419)和中央大学的基础研究基金(号2019 b73814和B200204036)。
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