活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭稳固红土的抗压和抗剪强度

　　土壤的行为和特性显着影响许多土木工程项目的经济性、安全性和成功。土壤稳定和土壤加固在许多工程结构中被广泛用于提高岩土特性，例如天然土壤的可塑性、耐久性、抗剪强度、密度和渗透性。必须考虑环境控制的各个方面，包括水污染控制、水资源、围堵和废物处理，以及减轻地震和滑坡等自然灾害对建筑物的影响。因此，稳定下垫土对于建立稳定的系统至关重要。本研究使用活性炭和椰壳纤维作为环保粘合剂来稳定红土。进行了包括无侧限抗压强度试验和直接剪切试验在内的实验，以研究不同百分比活性炭稳定土的力学性能。

　　实验材料和方法

　　本次采用的活性炭是由椰壳作为原料生产的，具有微孔特征和高比表面积，图1显示了红土、活性炭和椰壳纤维的图像。椰棕纤维具有更高的抗拉强度，更轻，含有更多的半纤维素、纤维素和木质素，并且比其他天然纤维具有更慢的降解速度。

　　图1：(a)红土、(b)活性炭和(c)椰壳纤维的图像。

　　使用无侧限压缩试验研究活性炭和椰棕纤维的稳定试样的机械特性。测试按照特定的速率进行，以确定稳定土的抗压强度(qu)。试样被压实三层，类似于压实试验。图2显示了本次调查中用于UCS测试的机器。

　　图2：UCS测试(a)压缩前和(b)压缩后。

　　无侧限抗压强度试验

　　天然土壤、活性炭稳固土壤和椰壳纤维稳固土壤的应力-应变曲线如图3所示。首先，检查土壤中1%、2%和3%的活性炭含量。然后，对土壤进行了1%、2%、3%的活性炭和0.5%的椰壳纤维测试，因为添加椰壳纤维会使压实密度降低5%以上，因此会降低土壤强度。如图3a所示，土壤强度随着活性炭含量的增加而提高，与之前的研究相似。例如，对于1%、2%和3%活性炭，未经处理的UCS值分别为200.87kPa、243.65kPa、306.31kPa和545.40kPa，如图3所示一个。0.5%椰壳纤维的组合进一步增加了活性炭稳固土壤的UCS，如图3b所示。同样，还发现添加活性炭提高了土壤的UCS值。

　　图3：(a)活性炭试样和(b)椰壳纤维试样的UCS结果。

　　活性炭的高强度取决于土壤孔隙度的减少。胶结键和更致密的织物是UCS值和剪切强度提高的主要原因。图3b表明，活性炭稳定土中的添加纤维将活性炭稳定土的脆性行为转变为柔性行为，同时提高了抗压强度。活性炭试样的应力-应变曲线显示出快速硬度达到峰值，然后软化。然而，通过在活性炭试样中添加0.5%的椰壳纤维，增强试样显示出延展性行为。活性炭试样中添加的纤维通过将纤维周围的颗粒紧密包裹起来作为桥面来增强土壤强度。

　　直接剪切试验

　　活性炭试样的剪切强度与剪切应变的关系。峰值剪切强度随着正应力的增加而提高，特别是300kPa正应力。此外，添加活性炭增加了峰值剪切强度，并且增强率随着法向应力的增加而增加，如图4a所示。同样，添加0.5%的椰壳纤维进一步提高了活性炭稳定土的峰值剪切强度，如图4b所示。虽然在天然红土中添加活性炭会增加峰值强度，但对于超过2%的活性炭，增加率并不显着。例如，活性炭稳定土的峰值强度分别为2%和3%活性炭的121.8kPa和123.72kPa。总体而言，与本研究的结果相似。发现在石灰稳定土壤中使用椰壳纤维可进一步提高抗拉强度和抗压强度。还观察到，椰壳纤维的加入提高了膨胀土中的两个剪切参数。

　　图4：(a)不同百分比的活性炭对不同法向应力下剪切强度的影响，(b)活性炭稳定土中夹杂纤维对不同法向应力下抗剪强度的影响。

　　活性炭稳固红土的抗压和抗剪强度，研究了一种用于红土土壤稳定的技术，包括活性炭和椰壳纤维。本研究通过很多方法测试评估了用活性炭和椰壳纤维稳定的土壤。根据测试结果，发现未经处理的红土不能用作小流量道路的路面，除非用活性炭和椰壳纤维进行稳定。总的来说，根据本实验工作的发现，得出以下结论：

　　1、随着活性炭含量的增加和椰壳纤维的添加，土壤样品的抗压强度显着增强。这种改进是由于纤维、活性炭和土壤之间的有效联锁。

　　2、在活性炭土中添加椰壳纤维可改善力学参数，例如峰值剪切强度、摩擦角、内聚性、柔韧性和剩余强度，这些是建筑工程中的关键参数。

　　3、椰壳纤维改性试样的内聚力高于未经处理的试样。活性炭在稳定过程中填充微孔和多孔结构。当均匀分散在土壤中时，椰壳纤维可以填补一些空隙并提供互锁效果。因此，由于增加的内聚力和摩擦角，椰壳纤维和活性炭可以显着提高土壤的剪切强度。因此，这些材料会产生复杂的土壤混合物，由于过载，地面上的突然破坏会减少。

　　4、活性炭和椰壳纤维的结果显示了哪些孔隙被活性炭填充。因此，由于材料的原因，矿物质和添加剂之间的反应结合了土壤颗粒，从而提高了内聚性、压缩和剪切强度。

　　5、活性炭的多孔结构和微孔在稳定过程中充满了红土。因此，活性炭在红土中的孔径和孔体积减小。

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