本研究采用天然沸石的主要化學成分為二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵,還存在少量的其他氧化物。沸石的主要礦物組成為斜發沸石、高嶺石、石英以及其他硅鋁氧化物。天然沸石是一種表面形態不規則、比表面積較大的晶體,粗糙的表面結構能夠提供更多的吸附點位,有利于提高其吸附性能,進而促進其在土壤改良的過程中與土壤顆粒膠結。

經過三軸壓縮試驗,不同沸石摻配量下的黑土力學參數。相對于對照組,經沸石摻配改良后的黑土的土壤黏聚力均增大,分別增大1.3、14.1、15.8和32.8kPa;內摩擦角均增大,分別增大2.6°、0.2°、0.1°和0.6°。

黑土的黏聚力隨著天然沸石的摻配量增多而增大,呈正相關關系。天然沸石的摻配量從5%~10%和15%~20%時黑土的黏聚力增加幅度較大,0~5%和10%~15%之間黑土的黏聚力提升幅度相對不大。可以看出,在黑土中添加天然沸石可以有效增強黑土的黏聚力。

黑土的內摩擦角隨著天然沸石摻配量變化的規律不明顯,不同天然沸石摻配量的土壤內摩擦角均高于對照組。當天然沸石的摻配量為5%時,黑土的內摩擦角增大,為對照組的2倍以上,繼續增加天然沸石的摻配量到10%時,改良黑土的內摩擦角有所下降,與對照組黑土內摩擦角相差不大,再繼續增加天然沸石的摻配量,可以看出天然沸石的內摩擦角變化不大。

天然沸石能夠改善黑土的力學性質、物理性質及微觀結構,微觀結構與宏觀物理性質的變化規律相一致,都會引起黑土力學性質的變化,進而有效提升黑土的抗剪強度,并且這種變化從某種程度上來講可以通過黑土的內部結構變化進行解釋,為天然沸石改良黑土及提升黑土的抗侵蝕能力提供理論依據。綜合考慮黑土黏聚力、密度以及改良成本,選取10%天然沸石摻配量改良黑土更為合適。