纖維固化土的強(qiáng)度影響因素研究

李圣君+李海軍+張巖

摘要：通過對固化土進(jìn)行強(qiáng)度試驗，在最佳固化劑摻量的條件下，以摻加纖維的固化土與未摻加纖維的固化土在不同的養(yǎng)生齡期下進(jìn)行強(qiáng)度分析。根據(jù)圖表數(shù)據(jù)對比，得出結(jié)論：固化土的抗壓強(qiáng)度隨固化劑的摻量增加而增加，并通過分析，確定10%的固化劑摻量為最佳摻量；養(yǎng)生齡期與抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)是同步的，但主要前期強(qiáng)度增加較大，后期強(qiáng)度增加較小；纖維固化土的抗壓強(qiáng)度，主要是隨著固化劑摻量以及齡期的增加而增強(qiáng)，但與未摻加纖維的條件相比，在養(yǎng)生齡期的前期，強(qiáng)度增加較高，但后期強(qiáng)度增加較小；固化土加入纖維后，試件抗拉性能增加了93%，滿足基層要求。

關(guān)鍵詞：纖維固化土；固化劑摻量；強(qiáng)度試驗；影響因素

0引言

在我國公路建設(shè)中，尤其以西北部地區(qū)為主，常以風(fēng)沙土做為穿沙公路建設(shè)中的筑路材料。但由于風(fēng)沙土自身強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差，一般需摻加固化劑到風(fēng)沙土中，通過固化劑與風(fēng)沙土的結(jié)合，改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，來提高風(fēng)沙土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。不過一般也只做為高等級公路的底基層，主要原因是固化土的縮裂情況較為嚴(yán)重，容易產(chǎn)生反射裂縫，對公路的路用性造成影響較大。為了滿足實際路用性的更高要求，減少反射性裂縫產(chǎn)生，可以考慮摻加加筋材料等方面來考慮，即可以通過向固化土材料中摻入少量聚酯纖維形成的纖維固化土來改善材料的抗裂性能，進(jìn)而增加強(qiáng)度。同時，固化劑的摻量不同，纖維固化土的結(jié)構(gòu)特性也不同，必然也會影Ⅱ向纖維固化土的強(qiáng)度。

本文旨在通過強(qiáng)度試驗，分別以固化劑摻量，摻加纖維與否與養(yǎng)生齡期等條件對固化土強(qiáng)度的影Ⅱ向進(jìn)行研究，得出強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)時固化劑的最佳摻量：抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)生齡期的關(guān)系以及外摻纖維對固化土強(qiáng)度的影Ⅱ向。

1固化劑摻量影響

1.1原材料性質(zhì)

本試驗采用取自內(nèi)蒙古庫布其沙漠中的風(fēng)沙土，對土樣進(jìn)行相關(guān)的物理性質(zhì)試驗，根據(jù)JTG E40-2007《公路土工試驗規(guī)程》規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，通過試驗驗證，其各性質(zhì)均滿足試驗規(guī)程要求。

本試驗所選用的固化劑為PX固化劑，PX固化劑屬于P系列土壤固化劑中的一種，為多種表面活性劑的復(fù)配產(chǎn)品，采用電離子原理減薄土壤顆粒外吸附的水膜厚度，經(jīng)外力壓實，使土壤顆粒固結(jié)產(chǎn)生永久性疏水的板體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)會使水的二次進(jìn)入困難，致使土壤穩(wěn)定，不再出現(xiàn)濕陷和凍裂現(xiàn)象。

1.2抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系

強(qiáng)度試驗采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，在試驗過程中，在試驗過程中，保持加荷速率約為1mm/min，能夠保證試件的不斷變形。記錄試驗中產(chǎn)生的最大破壞壓力P（N）與應(yīng)變8的相關(guān)數(shù)據(jù)。將最終計算得到的抗壓強(qiáng)度列于表1。

由表1可知，在不同養(yǎng)生齡期條件下，試件固化劑摻量的多少與抗壓強(qiáng)度大小具有一定的變化關(guān)系，圖1為進(jìn)一步得到固化劑摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖。

由圖1可以看出，隨著固化劑摻量的增加，其強(qiáng)度也隨之增加，以4%到6%為例，當(dāng)固化劑摻量由4%增加到6%時，7d的抗壓強(qiáng)度由0-360MPa增加到0.441MPa，28d齡期的抗壓強(qiáng)度由0.693MPa增加到0.826MPa，抗壓強(qiáng)度的增加速度較小。由圖像整體可知，隨著固化劑摻量的增加，抗壓強(qiáng)度也隨之增加，表現(xiàn)為初期增加的較小，中期增加的較大，后期增加的逐漸減小，在28d時，增長趨勢會出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象。所以很容易可以看出，固化劑的摻加勢必會增加固化土的抗壓強(qiáng)度，但會有峰值，在齡期為28d時，固化土在固化劑摻量為10%時的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高，固化效果最好。

從表1中可以看出，其抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期具有一定相互關(guān)系，因此選取6%和10%摻量的試件，在養(yǎng)護(hù)齡期分別為7d、14d、21d、28d的條件下，抗壓強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)齡期之間的關(guān)系。如圖2所示。

由圖2可以得出在同種固化劑摻量的條件下，其抗壓強(qiáng)度隨齡期的增加而增加。摻量為6%時，7d的抗壓強(qiáng)度由0.441MPa增加到14d的0.799MPa，增加81%，21d的抗壓強(qiáng)度由0.749MPa增加到28d的0.826MPa，增加了10%，7d到14d增加的幅度比較大，21d到28d增加的幅度比較小，說明后期的強(qiáng)度增加的比較慢。摻量為10%時，養(yǎng)護(hù)齡期從7d到14d時，強(qiáng)度從0.662MPa到1.069MPa，強(qiáng)度增加量為61.5%，養(yǎng)護(hù)齡期從21d到28d時，強(qiáng)度從1.320MPa到1.996MPa，強(qiáng)度增加量51.2%，7d到14d增加的幅度較大，21d到28d增加的幅度較小，則可以看出后期強(qiáng)度增加的較慢：而在同一養(yǎng)護(hù)齡期下，固化劑摻量為6%與摻量為10%的強(qiáng)度相比，隨著摻量的增加，固化土的抗壓強(qiáng)度也隨之增加。所以，隨著齡期的逐漸增加，抗壓強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，而在養(yǎng)護(hù)前期，強(qiáng)度增加的幅度較大，但后期強(qiáng)度增加幅度較小。

1.3固化劑最佳摻量

由圖2中可以看出：在摻量為10%處，曲線到達(dá)峰值，而在未達(dá)到峰值之前，試件的抗壓強(qiáng)度增長明顯。但在峰值之后，固化劑摻量雖然增加，但抗壓強(qiáng)度增長減緩。在14d、28d的齡期條件下，抗壓強(qiáng)度在固化劑摻量10%以后開始逐漸下降?？傮w表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢。因此，固化劑摻量為10%時，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，即固化劑最佳摻量為10%。圖3為最佳摻量狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度的增長趨勢圖。

分析圖中的增長趨勢線可以得出：抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期呈二次曲線關(guān)系：

R——固化土試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，MPa：

t——固化土試件養(yǎng)護(hù)齡期，d。

經(jīng)過分析可以得出：固化土試件不僅在早期具有較高的抗壓強(qiáng)度，而且在后期也具有較高的增長速率，固化效果也較為顯著。

而從實際道路所用材料進(jìn)行分析，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層主要有：水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土、石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土。表2為常用的無機(jī)結(jié)合料作為底基層的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

規(guī)范規(guī)定石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土用于高速和一級公路底基層時，7d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)是≥0.6（MPa），而摻加10%固化劑固化風(fēng)沙土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值滿足石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土7d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，所以選摻10%固化劑的固化土進(jìn)行固化土底基層試驗研究同樣滿足道路工程要求。endprint

2纖維摻量影響

本文采用的纖維為“BT-X”系列單絲，主要物理力學(xué)指標(biāo)如表3。

2.1纖維拌合工藝

纖維摻率的大小對材料的力學(xué)性能有一定的影響。當(dāng)在材料中摻入的纖維體積為2%時，材料性質(zhì)達(dá)到最佳的狀態(tài)。所以采用體積摻量為2%的纖維，采用良好的摻拌工藝，直接摻入到固化土，具體摻拌工藝可以采用：“先干拌、再濕拌、再悶料”的順序。盡量將纖維充分摻拌到固化劑中，采取少量多批次和加長攪拌時間的措施，使攪拌盡量均勻。摻拌工藝如圖4。

2.2抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系

由表l中可以看出，抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系具有一定規(guī)律，因此選取6%和10%的試件，在養(yǎng)護(hù)7d、14d、21d、28d的條件下，探討抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系。如圖5。

由圖5所示：抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的不斷增加而增加，固化劑摻量較小時，其抗壓強(qiáng)度的變化率也較?。旱钱?dāng)摻量一旦升高，其抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)增強(qiáng)，變化率也顯著，雖然在21d時出現(xiàn)波動，但沒有出現(xiàn)增加后又減小的現(xiàn)象。

2.3摻加纖維影響

如圖6為加纖維與不加纖維兩種情況的比較圖，強(qiáng)度變化都呈現(xiàn)先逐漸增加后減小的規(guī)律，但在10%處，加入纖維后的強(qiáng)度比不加纖維的強(qiáng)度有較大增加，后期28d強(qiáng)度由1.996Mpa增加到2.189Mpa強(qiáng)度增加了10%。養(yǎng)護(hù)7d的強(qiáng)度，增加了47.1%，達(dá)到了0.974Mpa。表4為滿足石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土基層強(qiáng)度要求。由表中規(guī)范可知，摻加纖維后，其強(qiáng)度滿足基層要求。

3結(jié)語

本文研究了固化土的抗壓強(qiáng)度與固化劑摻量、養(yǎng)護(hù)齡期等關(guān)系，并對固化土中摻入纖維和不摻加纖維兩種情況分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。由試驗結(jié)果得到以下結(jié)論：

①固化土的抗壓強(qiáng)度隨固化劑摻量的增加而增加，摻量越高，強(qiáng)度也隨之增高，在10%處出現(xiàn)峰值：隨著齡期的增加，抗壓強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，但后期強(qiáng)度增加的幅度較小。

②固化土中加入纖維的情形下，抗壓強(qiáng)度隨固化劑摻量和齡期的增加而增強(qiáng)，與未加的情況相比，養(yǎng)護(hù)前期的強(qiáng)度有所提高，但后期的強(qiáng)度，增加量較小。

③固化土中摻加纖維后，試件抗拉性能得到較大的提高，相對增加了93%。

④通過抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果，確定10%的固化劑摻量為最佳固化劑摻量。10%固化劑摻量的固化土可以滿足公路底基層使用要求。

⑤通過纖維固化土的試驗結(jié)果可以得出：在纖維采用體積摻量為2%的條件下，固化劑摻量為10%的纖維固化土強(qiáng)度滿足基層要求，應(yīng)該進(jìn)一步考慮層間結(jié)合問題。endprint