基于孔隙面積比的麥秸稈防腐分析及秸稈對粉土抗剪強度的影響

彭麗云，李朝成，劉銘杰，崔長澤

（北京建筑大學土木與交通工程學院，北京 100044）

粉土具有結構性差、穩定性差、壓縮性高、力學強度低、在地震載荷作用下易發生液化等特點[1]，用其填筑的路基極易發生坡面沖蝕、滲透破壞和過大變形等病害，粉土路基也常在車輛動荷載的作用及自身物理力學狀態的改變下產生病害[2]。因此用粉土填筑路基時，多用石灰[3]、水泥[4-5]等無機結合料進行改良，以達到路基填料所要求的強度和變形。

但石灰、水泥有一定腐蝕性，在改良的同時對地下水循環和生長在路基邊坡上的植物成活有影響。因此在高度重視環保的今天，人工合成纖維因具有環保、高強度、耐酸和不吸水等特性，纖維的摻入可以提高土體的力學性質[6]。常見有聚丙烯、玻璃絲、聚酯纖維等，摻入土中可提高土體黏聚力、內摩擦角[7]、殘余剪切強度[8]和無側限抗壓強度[9]，可提高土體抗拉能力和抗裂性[10]，降低試樣表面裂隙率[11]，增強土體的自愈能力[12]。相比人工合成纖維，農業副產品的麥秸稈為天然纖維，環保可再生且具有一定的力學性能；摻入土中會起到改善級配、提高土體強度[13]、降低壓縮性[14]，加筋率也會影響加筋后土體的抗剪強度[15]、開裂特性[16]，其中抗剪強度是各種工程建設的重要參數[17]；對加筋土進行微觀結構分析可以定量評價加筋效果[18]。我國麥秸稈年產量7億噸，但利用率僅為40%，多被就地焚燒，既污染環境又浪費資源，將其應用到土中的將會產生良好的環保效益和經濟效益。

人們很早就在修建道路、民房時使用秸稈，建成了大量摻加秸稈的生土建筑[19]。在新石器時代，很多人民便已經將黃土作為材料對墻壁進行建造，同時還會搭配一些木資源和草泥[20]。后來，人們開始使用泥磚、垛泥等技術，泥漿、垛泥營建都是將生土材料加水、加干草拌合成可塑的泥狀，然后進行建造，二者都利用了到了土壤的可塑性和黏結性。土壤是一種天然的具有一定強度的材料，泥磚、垛泥塑造的墻體干燥后便會具有一定的強度[21]，且工程耐久性較好，經過幾百年，仍有大量石窟、寺廟以及民房保存著良好的結構。對于黏性較差的黃土，除夯實外，將麥秸稈碎片或麥糠撒在里面也能增強其力學性能和使用壽命[22]。可見，植物纖維拌和在材料中起增強材料連接，防裂、提高強度的作用。植物纖維在生土材料中充當抗拉材料，本身具有一定的韌度，是理想的天然抗拉材料。當泥磚或草泥失水收縮時，可以有效地抵消拉應力，避免開裂[23]。粉土透水性較強，相比秸稈在黏土磚中的應用，秸稈摻入粉土中會受到水的影響。但粉土路基填筑時廣泛采用黏土包邊、路基路面排水等多種措施減少了水對路基的影響，再加上對秸稈的防腐處理，進一步阻隔了水的影響，從源頭上阻斷了秸稈腐蝕的來源，因此秸稈在粉土中的應用也會具有較長期的耐久性。

聚乙烯醇是一種環保的固體有機化合物，工程中常與水混合用作防腐劑。用聚乙烯醇溶液浸泡秸稈，可從化學角度防止水腐蝕秸稈，可以填充到秸稈孔隙中，可以在秸稈表面形成保護膜，阻斷秸稈和水的接觸，起到防腐作用[24]。但聚乙烯醇對麥秸稈孔隙填充的微觀結構研究較少，致使對防腐效果評價不足，容易產生溶液浪費或者達不到預定防腐效果的問題，影響秸稈加筋土的使用效果。

本文通過拍攝得到麥秸稈浸泡聚乙烯醇溶液后的橫斷面圖，以孔隙面積比作為定量評價指標，分析聚乙烯醇對麥秸稈孔隙的填充情況，結合秸稈防腐前后的抗拉強度變化，對防腐效果進行評價。同時分析多種因素對秸稈孔隙面積比的影響，確定最佳防腐劑溶液濃度和秸稈在防腐劑溶液中的最佳浸泡天數，并通過實驗驗證麥秸稈在土中的加筋效果，研究結果將為麥秸稈在土中的應用提供理論指導和技術支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

（1）粉土：取自北京京南某高速公路沿線，為沖積粉土，其顆粒粒徑組成如表1所示。粉土粉粒含量高達92.88%，黏粒極度缺乏、級配不良。液限16.7%，塑限20.3%，擊實試驗得到最優含水率14.6%、最大干密度1.74 g/cm3。根據《公路土工試驗規程》（JTG E40-2007）可判定為低液限粉土。土體級配均勻，黏聚力低，水穩定差，需改良后才能作為路基填料。

表1 顆粒粒徑組成Table1 Particle size composition

（2）麥秸稈：取自河北石家莊地區，秸稈斷面如圖1，表層（SiO2和栓質細胞）組織致密，細胞外覆蓋薄蠟質層；中內層（木質素、纖維素和半纖維素）組織疏松、分子顆粒大、整體呈孔隙構造。致密的表層不易被腐蝕，而疏松的中內層有利于溶液的濕潤、擴散和滲透，在潮濕環境下易受到軟腐菌、霉菌等微生物的侵蝕，致使麥秸稈結構破壞、腐爛并喪失強度，需經過防腐處理才能將其長久地應用到粉土中。

圖1 麥秸稈孔隙構造微觀圖（225倍）Fig.1 Micrograph of wheat straw pore structure (225 times)

（3）聚乙烯醇溶液：聚乙烯醇是一種白色、無味、呈片狀、絮狀或粉末狀、對環境污染小的固體有機化合物，其分子主鏈含-CH2-CH(OH)-基團，分子鏈中含大量的羥基，排列比較規整，具有較強的阻隔性；側基為強極性基團，分子間作用力大，熱穩定性強；含有大量氫鍵，分子間作用力強，有較強的化學穩定性[25]。因此，自身具有較好的抵抗外界腐蝕的能力。聚乙烯醇溶于水會形成有一定膠黏特性的溶液，其線性分子能沿流動方向取向，可減少流動中的摩阻力，使其能夠充分進入浸泡在其中的麥秸稈中的孔隙中。此外，聚乙烯醇具有較強的成膜性，形成的膜具有優良的機械性能[26]以及氣體阻隔性、防靜電性、熱封性、力學性能、耐油性及耐化學藥品性和對于環境的友好性[27]，膜的拉伸強度隨聚合度、醇解度升高而增強。因此，本研究中選用聚乙烯醇溶液作為麥秸稈的防腐劑，常用濃度為4%～12%。

1.2 試驗方法與設計

1.2.1 不同條件下的麥秸稈孔隙面積比測定麥秸稈孔隙面積比，即麥秸稈斷面中的孔隙面積和斷面總面積的比值，用以下方法測定：用顯微鏡對麥秸稈橫斷面進行拍攝得到圖2(a)，量測得到麥秸稈總面積S1；利用二值化方法處理圖2(a)中的圖像得到圖2(b)；利用Imagej 軟件將圖2(b)中的非孔隙輪廓保留成封閉曲線并加以顯示得到圖2(c)，對所有封閉曲線面積求和，即為麥秸稈斷面中非孔隙面積S2。孔隙面積S3=S1-S2，孔隙面積比y=S3/S1。

圖2 麥秸稈孔隙面積比二值化分析圖Fig.2 Binary analysis of wheat straw pore area ratio

孔隙面積比反映了麥秸稈中孔隙的多少，麥秸稈浸泡在聚乙烯醇溶液中，秸稈中易吸水的孔隙會逐漸被沿流動方向取向的聚乙烯醇線性分子填充，孔隙填充越多，孔隙面積比越小，秸稈吸水能力越弱，水對秸稈的腐蝕作用越小。孔隙面積比越小說明秸稈中填充的防腐劑數量越多，秸稈越不容易受到腐蝕。同時，秸稈中防腐劑數量越多，聚乙烯醇與秸稈接觸的部分就越多，成膜作用發揮的區域也越大，對水的阻隔作用增強，進一步阻礙微生物等對麥秸稈的腐蝕。因此，可采用孔隙面積比來間接評價防腐效果。

麥秸稈孔隙面積比與麥秸稈長度l、聚乙烯醇溶液濃度c、秸稈在防腐溶液中的浸泡時間t有關，試驗方案見表2，分析上述因素對秸稈孔隙面積比的影響規律，確定出最佳防腐劑溶液濃度、最佳防腐浸泡時間和最佳長度。

麥秸稈所處環境條件對孔隙面積比也有影響，選取某特定長度的麥秸稈各35根，分別放置在常溫常壓、浸水、最佳防腐劑溶液中浸泡最佳天數風干后再浸水，在1～7 d時各取5根測定秸稈孔隙面積比并取均值，以此來評價麥秸稈防腐效果。

1.2.2 麥秸稈抗拉強度測試

抗拉強度是評價材料力學性能的重要指標，不同環境條件下，麥秸稈的抗拉強度不同。對長度為60 mm的秸稈，各取35根放置在常溫常壓、浸水、最佳聚乙烯醇溶液浸泡最佳天數風干后再浸水，分別在1～7 d內在上述3種環境中各取5根，用電子萬能材料試驗機以拉伸速率6 mm/min 測試其抗拉強度并取均值。以此來分析環境因素對麥秸稈抗拉強度的影響，進而說明防腐對秸稈力學性能的影響。

表2 基于材料和時間因素的麥秸稈孔隙面積比測定Table2 Wheat straw pore area ratio determination based on material and time factors

萬能材料試驗機兩端各有25 mm 長的夾具，需要將麥秸稈插入夾具中進行拉伸試驗，60 mm的麥秸稈，實際受拉段的長度為10 mm。選取10 mm 長秸稈是因為實際工程中秸稈與土體要作為均一材料來考慮，較長的秸稈摻入后土體的均勻性較差。

1.2.3 秸稈加筋粉土抗剪強度測定

為了驗證麥秸稈對粉土的加筋效果，分別將長10，15，20，30 mm、在最佳聚乙烯醇溶液濃度中防腐處理最佳天數后的麥秸稈，烘干后以0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的摻量摻入最優含水率14.6%粉土中，制成壓實度K=0.95、直徑6.18 cm、高2 cm的圓柱試樣，利用按照剪切速率0.8 mm/min、豎向壓力分別為50，100，200，400 kPa 進行直剪實驗測定加筋土的抗剪強度指標，評價加筋效果。

2 試驗結果與分析

2.1 防腐天數對麥秸稈孔隙面積比的影響

相同麥秸稈長度和聚乙烯醇溶液下，選取單根秸稈1，3，7 d 下的二值化圖（圖3）。可以看出，隨浸泡時間的增長，麥秸稈陰影部分面積逐漸增大，非陰影部分面積減少，說明秸稈中的孔隙逐漸被穩定的、具有防腐效果的聚乙烯醇所填充。此外，孔隙越少，秸稈中內層被水濕潤、擴散和滲透的區域就越小，從而降低了秸稈被軟腐菌、霉菌等微生物的侵蝕，秸稈因此而具備了一定的防腐能力。

圖4給出了麥秸稈孔隙面積比和浸泡天數關系曲線，可見，相同長度麥秸稈的孔隙面積比隨浸泡時間的增長而減小。其中浸泡0～1 d時，孔隙面積比減小速率最快；1～4 d時的減小速率逐漸變緩，4 d 后的減小速率接近于0。說明浸泡4 d 之后，進一步浸泡，對秸稈面積孔隙比并不能起到持續降低的作用，4 d可確定為秸稈最佳防腐浸泡時間。

圖3 麥秸稈浸泡不同天數后的二值化圖（l=10 mm，c=10%，225倍）Fig.3 Binary image of wheat straw after soaking for different days (l=10 mm,c=10%,225 times)

2.2 溶液濃度對麥秸稈孔隙面積比的影響

不同聚乙烯醇溶液濃度下，相同長度麥秸稈孔隙面積比和浸泡時間關系曲線如圖5所示。可以看出，隨著麥秸稈浸泡時間的增長，各濃度下的孔隙面積比均減小，4 d 后孔隙面積比減小速率均達到穩定。相同浸泡天數下，隨聚乙烯醇溶液濃度的增加，秸稈孔隙面積比減小；在濃度從4%增長到10%時的過程中，孔隙面積比減小明顯；而10%與12%溶液濃度下，秸稈4 d 后的孔隙面積比相差不大，說明當濃度大于10%后，進一步增加防腐溶液濃度對麥秸稈孔隙面積比的減小作用不大。聚乙烯醇溶液存在最佳濃度10%，此時秸稈吸收防腐劑的效能最優。

圖4 麥秸稈孔隙面積比隨浸泡時間變化曲線（l=10 mm，c=10%）Fig.4 Pore area ratio variation of wheat straw with soaking time（l=10 mm，c=10%）

圖5 不同濃度下麥秸稈孔隙面積比與浸泡時間關系（l=20 mm）Fig.5 Relationships between the pore area ratio and the soaking time at different concentrations（l=20 mm）

不同濃度下孔隙面積-浸泡時間關系曲線呈現出相似的規律，將圖5中的數據在t/y-t坐標系中重新繪制得到圖6，曲線符合線性關系：

變化式（1）形式就得到相同長度、不同濃度下，秸稈孔隙面積比隨時間變化規律：

式中：y-孔隙面積比；

t-浸泡時間；

a，b-曲線在t/y-t坐標系中的截距和斜率。

各濃度下的曲線參數如表3所示。

圖6 浸泡時間/孔隙面積比和浸泡時間關系Fig.6 Relationship between soaking time/pore area ratio and soaking time

表3 不同濃度下公式(1)擬合后的參數值Table3 Parameter values at different concentrations

2.3 麥秸稈長度對秸稈孔隙面積比的影響

不同長度下，麥秸稈孔隙面積比和浸泡時間關系曲線如圖7所示。可知不同長度下，隨浸泡時間的增長，麥秸稈孔隙面積比在1～4 d 內均在減小，4 d 后各長度的麥秸稈孔隙面積比基本相等，說明麥秸稈長度與最終孔隙面積比無關。但對1～4 d 內的曲線進行分析，發現秸稈長度越短，相同浸泡時間下的孔隙面積比越小；要達到相同的孔隙面積比，越短的秸稈所需要時間也越少。

圖7 不同長度下，麥秸稈孔隙面積比和浸泡時間關系（c=10%）Fig.7 Relationships between the pore area ratio and soaking time at different wheat straw lengths（c=10%）

對圖7中l=30 mm 這條曲線，縱坐標取對數，得到曲線如圖8所示，可用公式(3)進行描述：

圖8 半對數坐標系下孔隙面積比和浸泡時間關系(l=30 mm)Fig.8 Relationship between the pore area ratio and soaking time in semi-logarithmic coordinate system(l=30 mm)

式中：p-秸稈初始孔隙面積比；

q-對數坐標系下孔隙面積比的變化速率；

k-最終孔隙比。其他長度下的曲線也符合上述方程，各長度下的擬合參數如表4所示。

表4 不同長度下0～4 d 范圍內的曲線擬合參數Table4 Curve fitting parameters in the range of 0 to 4 days under different lengths

2.4 不同環境下的麥秸稈孔隙面積比分析

由圖9可見，常溫常壓下天然麥秸稈孔隙面積隨時間變化不大，說明干燥狀態下麥秸稈一般不會發生腐蝕。浸水會導致麥秸稈腐蝕，孔隙面積比增大。防腐處理后，麥秸稈孔隙面積比大幅降低，再次浸水后，秸稈孔隙面積比與浸水前變化不大，且再次浸水時間的長短對秸稈孔隙面積比基本無影響，說明聚乙烯醇對麥秸稈起到了較好的防腐效果。

2.5 麥秸稈極限拉力分析

圖10 給出了浸水麥秸稈和浸聚乙烯醇溶液麥秸稈不同天數下的極限拉力變化曲線。從中可以看出，10 mm 長的麥秸稈，天然狀態下的極限拉力為169.80 N；浸水4 d 再烘干后極限拉力降低到122.2 N，降幅為28%；用10%聚乙烯醇溶液浸泡1 d，其強度就得到提高，在第4 d 達到了強度最高值208.2 N，較天然秸稈增加23%，較浸水后的麥秸稈增加70%。說明防腐處理在保證秸稈不被水腐蝕的基礎上，對秸稈抗拉強度還有很強的提升作用。

圖9 常溫常壓、浸水、防腐后浸水麥秸稈孔隙面積比變化（l=10 mm）Fig.9 Changes in the pore area ratio of wheat straw after soaking,soaking and antiseptic（l=10 mm）

圖10 麥秸稈極限拉力變化曲線Fig.10 Change in the limit tensile force of wheat straw

2.6 防腐麥秸稈對粉土抗剪強度的影響

圖11為不同麥秸稈摻量下、壓實度為0.95的粉土試樣照片，可見秸稈摻量越大、數量越多，在土中的分布就越無序。此外，秸稈摻量越大，達到相同壓實度所需的擊實功越大，土體密實度越高，抵抗變形的能力越強。

直剪試驗測得不用秸稈長度下，秸稈加筋粉土抗剪強度指標隨摻量的變化曲線如圖12所示。可見隨秸稈摻量的增加，相同壓實度、秸稈長度下，粉土試樣的黏聚力均呈現出先增大后減小的趨勢，對每條曲線均存在一個最優摻量，此時獲得最大的黏聚力。由圖12(a)可知，對試驗范圍內不同長度下的黏聚力曲線，這個最優摻量的范圍為0.4%～0.6%。

圖11 素土、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%摻量土樣Fig.11 Plain soil and 0.2%,0.4%,0.6% and 0.8% straw mixed soil samples

圖12 不同長度、秸稈摻量下粉土抗剪強度指標變化曲線Fig.12 Variation in the silt shear strength at different lengths and different straw contents

隨著秸稈長度的增加，黏聚力出現先增長后減小的趨勢，甚至當秸稈長度為30 mm、摻量為0.8%時，秸稈加筋粉土的黏聚力出現了比素土小的情況。其他秸稈長度和摻量下的黏聚力均大于素土，尤其是長度為15 mm的秸稈，在0.4%摻量時，其黏聚力較素土提高了69.7%。

隨著摻量的增加，不同秸稈長度下的加筋土內摩擦角均增大，但增量很小，且沒有明顯規律。

3 機理分析

麥秸稈中內層組織疏松，含有較多孔隙，易吸水而被腐蝕，將其浸泡到聚乙烯醇溶液中，在溶液滲透壓的作用下聚乙烯醇充填到秸稈孔隙中，其良好的防腐性能如膠黏特性、受周圍環境尤其是水和微生物的影響小等，使秸稈具有了一定的防腐能力。同時聚乙烯醇充填到秸稈孔隙中后使水進入秸稈的通道減少，水、微生物與秸稈的接觸面積減小，腐蝕相應降低。可見，秸稈孔隙填充程度越高、進水的通道越少、防腐劑充填數量越多，防腐效果越好。而孔隙面積比是描述秸稈孔隙填充程度的定量指標，因此可用來評價秸稈的防腐效果，孔隙面積比受以下幾個因素的影響。

麥秸稈在防腐劑溶液中浸泡時間的長短對孔隙面積比的影響，主要體現浸泡時間對秸稈孔隙的填充量和填充速率上。相同長度的麥秸稈，在浸泡初期，由于麥秸稈孔隙被防腐劑填充的部分少，秸稈吸收聚乙烯醇溶液的能力強，且此時溶液中溶質的含量多，溶質滲入秸稈孔隙的能力強，填充速率快、孔隙面積比減小快；隨著浸泡時間的增長，麥秸稈孔隙被聚乙烯醇溶液填充的數量增多，孔隙周邊黏附了一層聚乙烯醇薄膜，阻擋了麥秸稈孔隙對聚乙烯醇溶液的吸收，且溶液中的溶質含量減少、滲透壓減小，孔隙面積比減小速率降低。隨著浸泡時間的進一步增長，秸稈中的多數孔隙被聚乙烯醇填充，溶液中的溶質數量、滲透壓進一步降低，以至到4 d 后，麥秸稈孔隙被聚乙烯醇溶液填充達到最大值，不再吸收聚乙烯醇；之后的浸泡過程中，溶液中的聚乙烯醇已經沒有足有的空間和能力進入到秸稈孔隙中，孔隙面積比將不隨浸泡時間發生變化。孔隙面積比不隨浸泡時間發生變化的初始時間即為秸稈最佳的浸泡時間，在這個時間下，秸稈孔隙面積比達到最小，且所需時間最短。

防腐劑溶液濃度對秸稈孔隙面積比的影響主要體現在防腐劑溶液中的溶質數量上。對相同長度、浸泡時間的麥秸稈，防腐劑濃度較高時溶液中溶質含量多、滲透壓大，溶質進入秸稈孔隙的能力強，故孔隙面積比小，當溶液防腐劑濃度小于10%時，這種規律較明顯。而當濃度超過10%后，此時溶質含量多，但秸稈中的孔隙有限，不能容納太多的溶質進入，盡管此時還有大量的溶質分散在溶液，且溶液的滲透壓也較大，但秸稈中的孔隙已經被溶質填充的較多，溶質的增加并不會使得更多的孔隙被填充，因此孔隙面積比與10%時的接近。說明防腐劑溶液也存在一個最優濃度，此時溶質數量、溶液中的滲透壓和秸稈中的孔隙達到最優組合，孔隙面積比最小，但溶液濃度并不是最大。

長度對秸稈孔隙面積比的影響主要是體現在麥秸稈內部孔隙通路的長短上，對相同防腐劑溶液濃度、浸泡時間的麥秸稈，聚乙烯醇溶液能較快的通過孔隙通路較短的麥秸稈，孔隙面積比減小快；而較長的麥秸稈孔隙通路長，且聚乙烯醇溶液本身有一定黏滯性，溶液通過孔隙通路需克服較大的張力，滲透通過孔隙的時間相對較長，孔隙面積比減小慢。但最終的孔隙面積比差別不大，因為無論長短，浸泡一定時間，秸稈中的孔隙就會被最大限度的填充，孔隙面積比相應達到最小值，而這個最小值和秸稈長度關系不大。

被聚乙烯醇填充后的麥秸稈，防腐性能極大提高，防腐后再浸水，秸稈中的孔隙最大限度的被聚乙烯醇填充，水能進入的通路少，水對防腐麥秸稈孔隙面積比的影響就小。此外，聚乙烯醇充填在秸稈孔隙中，替代了之前充填的空氣，同時膠結了秸稈的中內層組織，使秸稈內部結構更加致密，對拉力的抵抗能力增強，抗拉強度顯著提高。

秸稈加筋旨在利用秸稈的抗拉強度和秸稈在土中的交織作用來提高土體抗剪、抗裂和抗變形的能力，通過直剪試驗發現，抗剪強度的確有提升。試驗用粉土黏粒缺乏，其黏聚力并非來源于黏土顆粒間的膠結和化合鍵，而是摩擦強度表現為黏聚力。摩擦強度和摩擦界面的摩擦系數、摩擦界面上的應力有關，秸稈摻量越高，相同壓實度下的土樣密實度越高，顆粒之間接觸越緊密，摩擦系數提高；但與此同時，秸稈表面比較光滑，秸稈的摻入使得秸稈和土接觸面處的摩擦系數降低。摩擦系數提高和降低之間存在著一個平衡，秸稈摻量增加初期，秸稈含量少，土顆粒之間摩擦系數的提高大于秸稈和土接觸面之間摩擦系數的降低，故黏聚力表現為增加；當超過某摻量后，秸稈和土顆粒接觸面積顯著增多，致使秸稈和土接觸面摩擦系數的降低速度快于土顆粒之間摩擦系數的提高，甚至出現加筋后黏聚力小于素土的情況，因此黏聚力呈現出先增加后減小的趨勢。但總體上，粉土摻加秸稈后的黏聚力大于未摻加前。在加筋率不變的情況下，麥秸稈長度由10 mm 增至15 mm的過程中，加筋土的黏聚力逐漸提高，主要是因為麥秸稈筋材長度越長，麥秸稈的錨固長度也就越長，增強了麥秸稈與土體的交織作用，發揮了其良好的抗拉性能，有效的抵抗了土體變形的發生；當麥秸稈長度由15 mm 增加到30 mm時，土體的黏聚力降低，是由于相同加筋率的情況下，雖然麥秸稈與土體的整體接觸面積不變，但長度的增加造成了個數的減少，使得單位體積的麥秸稈數量減少，等效間距增大，削弱了麥秸稈加筋的作用。內摩擦角取決土顆粒之間產生相互滑動時需要克服由于顆粒表面粗糙不平而引起的滑動摩擦，以及由于顆粒物的嵌入、連鎖和脫離咬合狀態而移動所產生的咬合摩擦，由于試驗范圍內的秸稈摻量不是非常多，不足以起到明顯的減小滑動摩擦的作用，而咬合摩擦由于密實度的提高而增大了，因此內摩擦角整體上表現為隨秸稈摻量增加而增大，但整體增幅較小。

4 結論

（1）聚乙烯醇溶液防腐處理可提高麥秸稈的防腐性能和抗拉強度，利于秸稈在土中的應用，秸稈孔隙面積比可用來定量分析秸稈的填充程度，間接評定秸稈防腐效果。

（2）試驗研究范圍內，4 d是麥秸稈在聚乙醇溶液中的最佳浸泡時間，此時浸泡時間最短、孔隙面積比最小。10%為麥秸稈防腐的最佳聚乙烯醇溶液濃度，當濃度小于10%，隨溶液濃度增加，孔隙面積比減小且速率較快；當超過10%，孔隙面積比減小速率很低且增量很少。

（3）相同聚乙烯醇溶液溶度下，在麥秸稈防腐浸泡4 d 內，麥秸稈長度越短，達到相同孔隙面積比所需的時間越少；4 d 后，不同長度的麥秸稈均達到了基本相同的孔隙面積比，麥秸稈長度對最小孔隙面積比影響不大。

（4）常溫常壓下的麥秸稈孔隙面積比隨時間基本保持不變，浸水會導致秸稈孔隙面積比增加，水是引起秸稈腐蝕的主要因素；聚乙烯醇溶液防腐處理、再次浸水后秸稈孔隙面積比變化不大，說明防腐處理降低了水對秸稈的腐蝕，防腐效果較好。

（5）麥秸稈加筋對粉土黏聚力提升作用顯著，存在一個位于0.4%～0.6%最優摻量，在該摻量下黏聚力最高。隨著麥秸稈長度的增加，黏聚力出現先增加后減小的趨勢，相同摻量下長度為15 mm的麥秸稈加筋后黏聚力較大。內摩擦角隨秸稈摻量的增加而增大，但增量小且增速緩，最優摻量下的提升效果相對較好。