水泥對(duì)麥秸稈加筋土抗剪強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)研究

劉志遠(yuǎn)

(上海理工大學(xué)，上海 200093)

加筋土是在土中摻入或鋪設(shè)適當(dāng)?shù)慕畈模愿纳仆馏w的強(qiáng)度與變形特征。筋材埋在土體里，可以擴(kuò)散土體的應(yīng)力增加土體模量，傳遞拉應(yīng)力，限制土體側(cè)向位移提高土體及有關(guān)構(gòu)筑物的穩(wěn)定性。加筋土自20世紀(jì)60年代被提出以來(lái)，迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于擋墻、橋臺(tái)等支擋結(jié)構(gòu)。

天然植物纖維與合成纖維都可以用作加筋材料，提高土的強(qiáng)度和變形能力。麥秸稈作為天然纖維材料，具有一定的拉力和延伸率，且具有低廉環(huán)保的特點(diǎn)，適宜作為加筋土筋料。柴壽喜等人［1］以石灰為固化材料，以麥秸稈為加筋材料處理濱海鹽漬土，發(fā)現(xiàn)加筋長(zhǎng)度10 mm且加筋率為0.25%的四等分片狀麥秸稈加筋土能最有效的提高加筋土的強(qiáng)度。姚波等人［2］驗(yàn)證了在聚酯土工織物表面鋪散飽和水泥能夠提高加筋土抗剪強(qiáng)度。

水泥作為土木膠凝材料，對(duì)麥秸稈等天然植物纖維加筋土的作用有待考證，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以水泥含量為3%的麥秸稈加筋土為研究對(duì)象，通過對(duì)比其抗剪強(qiáng)度變化，分析水泥對(duì)加筋土的作用。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)儀器及材料

試驗(yàn)采用浙江土工儀器制造有限公司生產(chǎn)的EDJ-1型電動(dòng)等應(yīng)變直剪儀。

試驗(yàn)用土取自上海浦東張江科技園約地下5 m～7 m處，最大干密度 1.62 g/cm3，塑限 20.56%，液限 42.34%，塑性指數(shù)21.78。所用水泥為太倉(cāng)海螺水泥有限責(zé)任公司所生產(chǎn)的PC32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。麥秸稈直徑3 mm～4 mm，去皮風(fēng)干后裁剪配用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)柴壽喜等人相關(guān)實(shí)驗(yàn)所總結(jié)的規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)采用以5 mm，10 mm兩種長(zhǎng)度的麥秸稈為筋材，加筋率選用0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%這 5 個(gè)級(jí)配，分別測(cè)定在含 3% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)水泥及不含水泥情況下的直剪強(qiáng)度，試驗(yàn)共分20組。

試驗(yàn)按照GB/T 50123-1999進(jìn)行，土經(jīng)烘干、敲碎、過2 mm篩后加20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水配成天然含水率后使用，麥秸稈按照預(yù)設(shè)的長(zhǎng)度、配筋率均勻配置于土中，保持土的各向同性。試驗(yàn)用土配置完成后在保濕皿中放置24 h后制作試樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

每組實(shí)驗(yàn)測(cè)定100 kPa，200 kPa，300 kPa 3個(gè)垂直壓力下的抗剪強(qiáng)度，其結(jié)果如表1，表2所示。

直觀的從各個(gè)垂直壓力下的抗剪強(qiáng)度來(lái)看，摻加水泥后，加筋土的抗剪強(qiáng)度有所上升，但并無(wú)明顯與加筋配比方面有關(guān)的規(guī)律，究其原因，主要是由于加筋土本身難以保證各向同性，強(qiáng)度存在較大變異性，造成結(jié)果離散性較大。要減小這方面的影響，必須嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件的同一性，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備精密程度，以及采用多次重復(fù)試驗(yàn)取平均值的方法。由于加筋配比并非本實(shí)驗(yàn)主要研究方向，且柴壽喜等人已有這方面研究，固此處不予深究。

表1 10 mm麥秸稈加筋土抗剪強(qiáng)度 kPa

表2 5 mm麥秸稈加筋土抗剪強(qiáng)度 kPa

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以明顯觀察到，有水泥添加的加筋土在各垂直壓力下的強(qiáng)度變化差值較大，利用線性回歸方法將其粘聚力與內(nèi)摩擦角算出，如表3，表4所示。

表3 10 mm麥秸稈加筋土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

表4 5 mm麥秸稈加筋土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

從表3，表4中可以看出，加水泥后，粘聚力變化不大且無(wú)明顯規(guī)律，但內(nèi)摩擦角有顯著擴(kuò)大，平均擴(kuò)大4.7°。水泥對(duì)加筋土抗剪強(qiáng)度的提高，原因來(lái)自以下兩個(gè)方面:

1)從摩擦加筋機(jī)理角度分析，水泥在麥秸稈與土的接觸面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加兩者之間的摩擦力，筋材的抗拉強(qiáng)度得到更有效的發(fā)揮，從而提高了加筋土的強(qiáng)度;2)水泥發(fā)生水解水化反應(yīng)，并與土反應(yīng)生成水化硅酸鈣等產(chǎn)物，與土顆粒聚成團(tuán)顆粒，增加了土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。水泥與土之間發(fā)生離子交換，增加了土的結(jié)合力和團(tuán)粒化。

3 結(jié)語(yǔ)

水泥在麥秸稈加筋土中的添加，對(duì)粘聚力影響較小，但顯著提高了加筋土的內(nèi)摩擦角，從而提高了加筋土的抗剪強(qiáng)度，其強(qiáng)化機(jī)理同樣適用于其他天然纖維加筋土。加筋土中水泥用量少，效果明顯，具有較大的實(shí)用性。

［1］楊繼位，柴壽喜，王曉燕，等.以抗壓強(qiáng)度確定麥秸稈加筋鹽漬土的加筋條件［J］.巖土力學(xué)，2010(10):3260-3264.

［2］姚 波，劉振杰，宋 佳，等.水泥增強(qiáng)法提高土工織物加筋土抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(11):1860-1862.

［3］GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.