废玻璃粉与废轮胎纺织纤维协同改良高膨胀黏土的力学性能与微观机制研究

本研究针对高膨胀性黏土路基强度低、塑性高、膨胀性强的工程难题，创新性地采用废玻璃粉(WGP)和废轮胎纺织纤维(WTTF)作为环保稳定剂。通过系统实验发现10%WGP+1%WTTF组合使无侧限抗压强度(UCS)提升5倍达1700kPa，间接抗拉强度(ITS)满足柔性路面要求，并有效抑制膨胀。为工业废弃物资源化利用和可持续道路建设提供新方案。

　　

在全球范围内，膨胀黏土因其独特的吸水膨胀特性成为道路工程的"隐形杀手"。这类土壤在雨季会像海绵一样吸水膨胀，导致路基隆起；干旱时又收缩开裂，造成路面塌陷。据统计，由膨胀土引发的道路病害维修成本高达造价的40%，尤其在南美、中东和亚洲部分地区问题更为突出。传统解决方法是使用水泥或石灰进行稳定处理，但这类材料不仅碳排放高，长期使用还会导致土壤板结。如何开发既环保又高效的替代方案，成为岩土工程领域亟待突破的难题。

比利时根特大学岩土研究所(UGent Geotechnical Institute, UGGI)的Meghdad Payan团队独辟蹊径，将目光投向两种工业废弃物——废玻璃粉(Waste Glass Powder, WGP)和废轮胎纺织纤维(Waste Tire Textile Fiber, WTTF)。前者是玻璃回收产业链的副产品，后者来自废旧轮胎的不可降解纤维组分。研究人员通过精巧的实验设计，揭示了这两种"垃圾"材料协同改良膨胀黏土的微观机制与宏观效果，相关成果发表在《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》。

研究团队采用多尺度表征技术：通过标准击实试验确定最佳掺配比例；利用无侧限抗压试验(UCS)和间接抗拉试验(ITS)评价力学性能；结合超声波脉冲速度(UPV)分析刚度演变；借助扫描电镜(SEM)观察微观结构；辅以X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)解析物相变化。实验选用伊朗南呼罗珊省的高活性膨胀土，其塑性指数高达237.6%，XRF显示富含蒙脱石等膨胀性矿物。

【Highly expansive clay】部分揭示，原始土壤的液限达398.5%，自由膨胀率87%，属于典型的高风险膨胀土。XRD检测显示其层状硅酸盐矿物含量超过60%，为后续反应提供活性位点。

【Effect of WGP and WTTF on compaction characteristics】表明，WGP的掺入使最大干密度(MDD)从1.32 g/cm³提升至1.52 g/cm³，而WTTF的加筋作用使最优含水率(OMC)从38.4%降至32.7%。误差分析显示数据离散度小于3%，证实配比稳定性。

【CONCLUSIONS & FUTURE DIRECTIONS】部分有三项突破性发现：一是10%WGP+1%WTTF组合使56天养护期的UCS值达1700 kPa，较未处理土提高5.3倍；二是改良土的ITS值突破250 kPa，满足柔性路面基层标准；三是10kPa超载压力下膨胀率从15.2%骤降至1.8%。SEM显示WGP的火山灰反应生成C-S-H凝胶填充孔隙，WTTF则形成三维加筋网络，二者协同抑制黏土膨胀。

这项研究开创性地证明工业废弃物在岩土工程中的高值化应用潜力。相比传统水泥稳定，WGP-WTTF体系不仅降低90%的碳排放，更实现"以废治害"的双重环保效益。团队建议下一步开展冻融循环和干湿交替试验，验证材料在极端气候下的耐久性。该成果为《欧洲绿色新政》倡导的循环经济提供了关键技术支撑，对发展中国家处理类似地质问题具有重要参考价值。