Stabilization of Lateritic Soil Using PET Bottle Shreds and Periwinkle Shell Ash for Subgrade Layer of Road Pavement
本研究表明，利用6%的PET瓶碎屑和6%的珍珠贝壳灰进行红土稳定处理，显著增强了其工程性能，特别是将加州承载比从5.5%提高到了19.5%，从而为道路路面基层提供了一种可持续的解决方案。
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每一条道路都始于其下方的土地。在铺设第一层沥青之前，工程师必须确保下方的土壤能够承受汽车和卡车的重量，而不发生沉降或开裂。这一底层被称为路基，是整个结构的基石。在世界许多地方，可获得的土壤是红土（laterite），这是一种富含铁和粘土的红褐色土壤。虽然数量丰富，但这种土壤在压力下（尤其是在潮湿时）往往表现不佳，使其本身并不适合直接用于修路。为了解决这个问题，工程师传统上会混入其他材料来增强土壤，但这些添加剂的生产既昂贵又耗能。与此同时，世界正面临着日益增长的垃圾山问题。塑料瓶和食用海鲜后丢弃的贝壳是两种造成填埋场拥堵并危害环境的废弃物流。驱动近期研究的问题是：是否可以通过将垃圾转化为建筑工具，从而同时解决这两个截然不同的问题——脆弱的土壤与过剩的废物？
尼日利亚库文特大学（Covenant University）的一个研究小组致力于通过使用两种特定类型的废物来测试这个想法：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶的碎塑料，以及通过焚烧海螺壳制成的灰烬。海螺是西非广泛食用的一种海螺类动物，其外壳经常被大量丢弃。研究人员从尼日利亚奥贡州的一个地点采集了红土，并开始了一系列实验室实验，以观察混入这些废弃材料如何改变土壤的行为。他们首先通过干燥并将其压碎成均匀的粉末来准备土壤。然后，他们将使用过的塑料瓶清洗干净，并将其切成大约指甲盖大小的小条。对于贝壳，他们将其清洗干净，在明火中焚烧，然后将产生的灰烬在熔炉中加热，以确保其具有化学活性，最后将其研磨成细粉。
该团队分两个阶段进行研究。首先，他们测试了土壤本身可以承受多少碎塑料。他们将土壤与占总重量百分之二到百分之十的少量塑料碎屑混合。他们发现，添加塑料确实增强了土壤强度，但仅限于一定程度。当添加的塑料重量达到百分之六时，土壤达到了强度的峰值。超过这个比例，由于过多的塑料开始阻碍土壤颗粒紧密堆积，土壤反而变得更弱。在确定了最佳塑料含量后，研究人员进入第二阶段，保持塑料含量固定在百分之六，并改变海螺壳灰烬的数量。他们测试了添加量在百分之二到百分之十之间的混合物。
结果显示出明显的改善模式。天然未经处理的土壤承重能力非常低，在衡量道路土壤强度的标准测试中仅为5.5%。当研究人员将百分之六的塑料碎屑与百分之六的海螺壳灰经过结合时，土壤的强度增加了三倍多，达到了19.5%。这种特定的组合还显著提高了土壤抵抗挤压的能力，其压缩强度从天然土壤中的120.5个单位上升到了处理后混合物的273.3个单位。研究人员还观察到，处理后的土壤渗透性降低了，这意味着水不像通过未经处理的泥土那样容易穿透。这是路基的一个关键优势，因为水分渗透往往会导致软化和失效。
尽管取得了这些进展，研究人员指出，虽然处理后的土壤比以前强得多，但仍未达到承载持续交通流量的重型路面层所需的高强度水平。他们创造的最佳混合物适用于轻型交通道路的路基层，但尚不能替代主要公路的基层。研究表明，强度的提升源于一种双重机制：塑料碎屑像微小的纤维一样将土壤固定在一起，而海螺壳灰则与土壤发生化学反应，形成类似水泥的结合。然而，团队也发现，添加过多的灰烬（具体而言是超过百分之六时）会导致强度再次下降，这可能是因为过多的细粉破坏了土壤与塑料之间的结合。
这项工作展示了一种提高当地土壤质量，同时减少环境中塑料和贝壳废物量的实用方法。研究人员得出结论，在红土常见的地区，使用这些特定的废弃材料是改善道路建设的一种可行路径。他们强调，虽然结果令人鼓舞，但仍需进一步测试，以观察这种土壤在长期的干湿循环中表现如何。目前，这项研究提供了一个具体的案例，展示了工程学如何将两种环境负担转化为单一的有用资源，前提是必须仔细平衡混合比例，以避免“过犹不及”的问题。
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