纖維水泥粉煤灰攪拌飽和黃土力學(xué)性能試驗研究

吳鴻飛 張亞賓 楊有海，2*

(1.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州 730070;2.河西學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅張掖 734000)

水泥粉煤灰攪拌土具有原料來源廣泛、能改善土性、強度可調(diào)、可塑性強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于地基加固、邊坡支護、防滲帷幕等。但水泥粉煤灰攪拌土本質(zhì)上仍屬于一種特殊的土體，其抗壓強度遠低于混凝土，且抗拉強度較低，用于復(fù)合地基時仍存在變形較大等問題［1］。加筋土技術(shù)近年來得到較大發(fā)展［2］，國內(nèi)外都曾經(jīng)嘗試過在攪拌土中加入纖維，試圖改善攪拌水泥土的力學(xué)性能，如李云峰等［3］對尼龍纖維加筋攪拌土進行的三軸試驗表明，在較大的圍壓下尼龍纖維能夠提高峰值強度和破壞時的應(yīng)變，但使加筋土在破壞前的剛度有相當(dāng)程度的降低;殷勇［4］通過對玻璃纖維—水泥粉煤灰攪拌土抗壓與抗拉強度試驗，發(fā)現(xiàn)玻璃纖維的摻入能有效提高不同齡期水泥土試件的抗壓與抗拉強度，具有較明顯的增強效果;袁玉卿等［5］進行了纖維水泥穩(wěn)定土的7 d無側(cè)限抗壓強度試驗，結(jié)果表明，水泥穩(wěn)定土的無側(cè)限抗壓強度隨著纖維摻量及纖維寬度的改變而變化，纖維摻量對水泥穩(wěn)定土7 d無側(cè)限抗壓強度的影響大于纖維寬度的影響，水泥穩(wěn)定土中摻加纖維與否的破壞形態(tài)有明顯區(qū)別，當(dāng)水泥含量為10%、纖維摻量為1%、纖維寬度為12 mm時，水泥穩(wěn)定土的無側(cè)限抗壓強度增幅較大。本文結(jié)合中川鐵路項目，通過室內(nèi)配比試驗，研究不同摻量的纖維對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土力學(xué)性能的影響。

1 水泥粉煤灰攪拌土試驗方案

抗壓試塊的尺寸為 70.7 mm ×70.7 mm ×70.7 mm，水灰比為0.55，養(yǎng)護方式為水中標準養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期為28 d，90 d，二灰摻量分別為12%，15%，20%;分別摻入寬度2 mm，長度為2 cm，5 cm，面積為 30 cm2，60 cm2，90 cm2，120 cm2的尼龍纖維。在水中標準養(yǎng)護28 d，90 d后進行無側(cè)限抗壓強度試驗，得其無側(cè)限抗壓強度。具體試驗方案如表1所示。

2 水泥粉煤灰攪拌土試驗結(jié)果與分析

2.1 二灰摻量、養(yǎng)護齡期對纖維水泥粉煤灰攪拌飽和黃

土強度的影響

表1 水泥粉煤灰攪拌飽和黃土試驗方案

二灰摻量、養(yǎng)護齡期是水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度的重要影響因素。在本試驗中，保證摻入尼龍纖維的寬度為2 mm、面積為60 cm2，摻入尼龍纖維長度分別為2 cm，5 cm，改變其二灰摻量aW，分別為12%，15%，20%，在水中分別養(yǎng)護28 d，90 d后，對試塊進行無側(cè)限抗壓試驗，得到其無側(cè)限抗壓強度fcu，并與不摻入尼龍纖維的普通水泥粉煤灰攪拌飽和黃土無側(cè)限抗壓強度做對比，結(jié)果見圖1～圖3。

圖1 摻入長2 cm尼龍纖維的水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度隨二灰摻量變化

圖2 摻入長5 cm尼龍纖維水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度隨二灰摻量變化

由圖1，圖2可以看出，隨著二灰摻量的增加，水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度明顯增加;同時，摻入尼龍纖維的纖維水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度高于普通水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度，這說明摻入尼龍纖維對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度有增強作用，在二灰摻入量為12%，15%左右，摻入尼龍纖維對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度增強作用明顯;而在二灰摻量為20%時，摻入尼龍纖維對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度增強作用并不明顯，這說明在二灰摻量較低時，尼龍纖維的加筋作用對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度貢獻大，在二灰摻量較高時，主要是二灰對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度做貢獻。

圖3 水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度隨養(yǎng)護齡期變化

由圖3可見，養(yǎng)護齡期為90 d的試塊的無側(cè)限抗壓強度較養(yǎng)護齡期為28 d的試塊有明顯增強，這說明養(yǎng)護齡期是影響水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度的一個重要因素。養(yǎng)護齡期的增長可以有效增強水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度。綜合圖1～圖3可見，二灰摻量和齡期的增加能明顯提升水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度;摻入尼龍纖維對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度有所增強。

2.2 摻入尼龍纖維長度對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度的影響

為了研究摻入尼龍纖維的長度對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度的影響規(guī)律，本試驗分別在二灰摻量為12%，15%，20%的條件下，摻入寬度2 mm，面積s=60 cm2，長度d分別為2 cm，5 cm的尼龍纖維，在水中養(yǎng)護28 d后，做其無側(cè)限抗壓強度，得其無側(cè)限抗壓強度fcu，結(jié)果見表2。

表2 不同尼龍纖維長度的水泥粉煤灰攪拌飽和黃土抗壓強度

由表2可見，在二灰摻量分別為12%，15%，20%條件下，在試驗長度2 cm～5 cm范圍內(nèi)，摻入尼龍纖維的長度變化對纖維水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度影響并不明顯。

2.3 摻入尼龍纖維面積對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度的影響

為了研究在長度一定的條件下，摻入尼龍纖維的面積對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度的影響，試驗在二灰摻量為15%的條件下，摻入長度為5 cm，面積 s分別為 30 cm2，60 cm2，90 cm2，120 cm2，150 cm2的尼龍纖維，在水中養(yǎng)護28 d后，做無側(cè)限抗壓試驗，得其無側(cè)限抗壓強度fcu，結(jié)果見圖4。由圖4可見，在二灰摻量為15%，摻入纖維寬度2 mm、長度為5 cm，試驗面積30 cm2～150 cm2范圍內(nèi)，水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的無側(cè)限抗壓強度隨摻入尼龍纖維面積的增加而增加。綜合分析表2，圖4可見，摻入尼龍纖維對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度有明顯增強作用;在試驗范圍內(nèi)，水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度隨摻入尼龍纖維長度改變變化不大，而隨摻入尼龍纖維面積增加而有所增強。

圖4 尼龍纖維面積對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土抗壓強度影響

3 結(jié)語

1)二灰摻量和齡期是影響水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強度的重要因素，水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度隨二灰摻量和齡期的增加而明顯增強。2)摻入尼龍纖維的水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度明顯高于普通水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度，摻入尼龍纖維對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的抗壓強度有明顯增強作用，摻入尼龍纖維的面積和長度不同，攪拌飽和黃土的強度有所不同，在試驗范圍內(nèi)，水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度隨摻入尼龍纖維長度改變變化不大，而隨摻入尼龍纖維面積增加而有所增強。3)在二灰摻量相對較低時(aW=12% ～15%)，尼龍纖維的加筋作用對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度貢獻較大;而在二灰摻量較高時(aW=20%)，主要是二灰對水泥粉煤灰攪拌飽和黃土的強度做貢獻。

［1］曹雅嫻，申向東，龐文臺.聚丙烯纖維硅粉水泥土力學(xué)性質(zhì)試驗研究［J］.人民黃河，2012，34(2):118-120.

［2］鄭 剛，閻澍旺.地基處理［A］.中國土木工程學(xué)會土力學(xué)及巖土工程學(xué)會第九屆會議論文集［C］.2003.

［3］李云峰，李志國，鄧 剛.纖維水泥土力學(xué)性能試驗研究［J］.建筑科學(xué)，2004，20(6):56-60.

［4］殷 勇.玻璃纖維改善水泥土力學(xué)性能試驗研究［D］.南京:東南大學(xué)，2006.

［5］袁玉卿，李 偉.纖維水泥穩(wěn)定土的無側(cè)限抗壓強度試驗研究［J］.河南大學(xué)學(xué)報，2012，42(1):106-110.