探析用于高層建筑的新型樁基的機(jī)械性能

黃波

摘 要：水泥性能的優(yōu)劣直接影響樁基的機(jī)械性能，本文對(duì)加入纖維的水泥的抗壓強(qiáng)度和抗疲勞特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，加入纖維后可以提高水泥的抗壓強(qiáng)度，改善抗疲勞特性，玄武巖纖維改善樁基機(jī)械性能的效果優(yōu)于聚丙烯酸。

關(guān)鍵詞：樁基；水泥；纖維材料；抗壓強(qiáng)度；抗疲勞

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.107

1 引言

由于高層建筑的特殊要求，在建設(shè)過程中對(duì)樁基的各項(xiàng)性能要求較高[1]。樁基施工中多需要注入水泥，而加入纖維的水泥會(huì)使各項(xiàng)性能得到提升[2-4]。本文對(duì)這種采用纖維水泥的新型樁基的抗壓強(qiáng)度和抗疲勞特性進(jìn)行了研究。

2 實(shí)驗(yàn)方法

將水泥試樣制成直徑50mm，高100mm的圓柱形，水泥的摻入量分別為15%、17%、19%和21%，纖維材料采用聚丙烯酸和玄武巖，纖維摻入量為纖維質(zhì)量與天然土質(zhì)量的百分比。表1所示為纖維材料的各項(xiàng)參數(shù)。側(cè)面無限制抗壓強(qiáng)度的測(cè)試采用CBR試驗(yàn)儀，疲勞試驗(yàn)采用RMT-150C型（武漢）巖石壓力試驗(yàn)機(jī)。

3 結(jié)果分析

3.1 抗壓強(qiáng)度

經(jīng)過側(cè)面無限制抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)后，無纖維摻入的水泥塊試樣被整體壓碎，在壓力逐漸增大的過程中，試樣的豎直方向出現(xiàn)寬大裂紋且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，沒有摻入纖維的水泥塊試樣主要的為雙剪型破壞，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)以剪切型為最終破壞方式，但仍以張破裂為主要破壞機(jī)制；摻入玄武巖作為纖維的水泥塊試樣整體基本完整，隨著壓力的逐漸增大出現(xiàn)細(xì)小裂紋，幾乎沒有貫穿整體的裂紋，這表明加入纖維后水泥的脆性得到了降低。

表2為不摻入纖維和摻入纖維（聚丙烯）條件下水泥試塊的抗壓強(qiáng)度，從表2的數(shù)據(jù)可以看出摻入纖維后水泥塊試樣的抗壓強(qiáng)度得到了提高。

圖1為不摻入纖維、摻入聚丙烯纖維和摻入玄武巖纖維時(shí)水泥塊試樣在側(cè)面無限制抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí)的抗壓強(qiáng)度，從圖中可以看出水泥產(chǎn)量越大，試樣的抗壓強(qiáng)度越大，隨著纖維摻入量（A1和A2）的逐漸增大，水泥塊試樣的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)，當(dāng)纖維摻入量到達(dá)一定程度時(shí)，水泥塊試樣的抗壓強(qiáng)度增幅趨于平緩，說明摻入過量的纖維并不能使水泥塊的抗壓強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高。同時(shí)根據(jù)圖1中的數(shù)據(jù)可以看出玄武巖作為纖維材料提高水泥的抗壓強(qiáng)度的效果要好于聚丙烯。

3.2 抗疲勞特性

對(duì)水泥試塊進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)載荷循環(huán)施加時(shí)，水泥塊試樣會(huì)在低于抗壓強(qiáng)度的狀態(tài)下發(fā)生破壞，這是由于反復(fù)施加載荷使得試塊的變形發(fā)生積累，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)生疲勞破壞。試塊的變形情況與循環(huán)載荷的最大值有關(guān)。

表3為不摻入纖維和摻入纖維條件下水泥試塊的循環(huán)破壞周數(shù)，采用的試樣水泥摻入量為17%，加入的纖維為聚丙烯，從表3可以看出，正弦載荷最大值相同時(shí)，加入纖維可以提高水泥試塊的循環(huán)破壞周數(shù)，纖維摻入量越大，破壞周數(shù)也越大；隨之正弦載荷最大值的增大，水泥試塊的循環(huán)破壞周數(shù)逐漸減小。

圖2為不摻入纖維、摻入聚丙烯纖維和摻入玄武巖纖維時(shí)水泥塊試樣在循環(huán)載荷作用下的破壞周數(shù)變化。從圖中可以看出，在一定范圍內(nèi)加入纖維可以提高水泥塊試樣發(fā)生破壞的周數(shù)，加入過量的纖維后，破壞周數(shù)的提高幅度變緩。此外采用玄武巖作為纖維材料，水泥塊試樣循環(huán)破壞周數(shù)的提升效果要好于聚丙烯纖維材料。

4 結(jié)論

綜上所述，在水泥試樣中加入纖維材料后可以提高水泥的抗壓強(qiáng)度和抗疲勞性，玄武巖作為纖維材料對(duì)水泥性能的改善要優(yōu)于聚丙烯酸。

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