玄武巖纖維改良紅黏土的實驗研究

譚純 粟梅 張佳霖

（六盤水師范學院礦業與土木工程學院，貴州六盤水 553000）

0 引言

紅黏土具有含水率高、孔隙較大、遇水發生膨脹、失水發生收縮等特點，常被用作填充料[1]。在貴州，紅黏土的發育極其典型且遍布全省，是工業與民用建筑主要的天然地基，另外，紅黏土與其邊坡工程及巖溶生態環境的改善密切相關。被廣泛應用于生態保護、工程建設。玄武巖纖維在混凝土加固方面已得到很好的應用[2]，然而玄武巖纖維在特殊性土體改性方面的研究較少，因此，開展這方面的研究，具有重要的工程意義。

1 實驗設計

1.1 實驗材料

本次實驗的紅黏土材料選用貴州六盤水地區，六盤水紅黏土在亞熱帶溫濕氣候條件下經過特殊的風化作用形成殘積、坡積的褐紅色、棕紅色的高塑性粘土。本次采用的玄武巖纖維是一種具有優越的力學性能、良好的相容性、典型的純天然無污染的綠色硅酸鹽纖維。玄武巖纖維具有強度高、耐腐蝕、絕緣隔熱等多種優異性能，廣泛用于鋪設瀝青道路、拌合混凝土砂漿等。

1.2 實驗方案

（1）進行擊實試驗研究土的最優含水率，土的壓實程度與含水率、壓實功能和壓實方法有著密切的關系。目前常用的擊實試驗有兩種方法，分別是:輕型擊實試驗和重型擊實試驗。輕型擊實試驗的操作方法是分為三層填筑土樣，每一層用錘敲擊27 擊，重型擊實試驗分為五層填筑土樣，每一層用錘敲擊76 擊，兩層接觸土面應刨毛，擊實完成后，超出擊實筒頂的試樣高度應小于6mm[3]。本試驗采用輕型擊實試驗。

（2）通過液塑限聯合測定法進行試驗，根據圓錐儀的圓錐入土深度與其相應的含水率在對數坐標上的線性關系得出液限、塑限。

（3）通過實驗將原狀土與混合玄武巖纖維的紅黏土作對比。

①稱取原狀土132.6g，按照標準進行固結試驗。

②將不同比例的玄武巖纖維摻入到實驗制備的紅黏土中，分別為3%、6%、9%、12%。當含水率為45%時，嚴格按比例平行制樣，減小實驗誤差。

固結試驗：進行固結試驗時，必須嚴格制備好試樣后測定土樣密度，取出適量的剩余土體，并測定土體含水率，為了防止水分蒸發作用影響實驗結果，需要將玻璃片覆蓋環刀兩端。將帶有土樣的切土環刀安裝在固結儀的固結容器內并固定好，確保準確放置在加壓臺正中，并檢查試樣與壓縮儀各部件接觸良好。加壓等級依據50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa 的順序依次加壓。實驗結束得出數據，根據公式計算土樣的初始孔隙比、孔隙比、壓縮系數及壓縮模量。

各級荷載固結穩定后的孔隙比：

2 實驗結果與分析

2.1 液限和塑限確定

土的塑限和液限如表1所示：

表1 土的塑限及液限

2.2 玄武巖纖維對紅黏土壓縮系數和壓縮模量的影響

不同摻量下玄武巖纖維對紅黏土的壓縮系數和壓縮模量值的影響關系曲線，如圖1、圖2所示。

圖1 玄武巖纖維不同摻入量與壓縮系數的關系

圖2 玄武巖纖維不同摻入量與壓縮模量的關系

（1）通過實驗數據表明，玄武巖纖維含量的增加，抗壓強度隨之增大。摻入量越大，垂直壓力在12.5kPa到25kPa時，孔隙比下降的趨勢明顯；垂直壓力在25kPa 到100kPa 之間，孔隙比變化微小；直到垂直壓力在100kPa 到200kPa 時，孔隙比相對垂直壓力在12.5kPa到25kPa時下降稍快。隨著纖維的加入抗壓強度一直持續上升。

（2）隨著玄武巖纖維摻入量的增加，紅黏土的壓縮系數先減小后增大，在摻入量3%到9%之間，壓縮系數變化較小且接近平緩；在6%時，壓縮系數值最小，可以知道壓縮系數越小，土的壓縮性也是越小。極小值為6%時對應的纖維摻入量最有利于降低土的壓縮性；當摻入的腈纖維量為9%～12%時，壓縮系數為持續上升趨勢，玄武巖纖維的摻入量達到12%時為最大值。

（3）根據實驗研究得出土體的壓縮模量隨玄武巖纖維摻入量的增加呈先增大后減小的趨勢，在玄武巖纖維摻入量為6%時達到峰值。在玄武巖纖維摻入量為0%到6%之間，壓縮模量呈上升趨勢，并且變化較大；在6%時，取得極大值，此時對應的玄武巖纖維摻入量最有利于降低土的壓縮性；在玄武巖纖維摻入量為6%到12%之間，壓縮模量持續變小，且變化較大。

3 結論

通過玄武巖纖維對紅黏土的試驗研究，對摻入不同比例玄武巖纖維條件下紅黏土的抗壓強度進行分析總結，得出以下結論:

（1）紅黏土的壓縮系數隨著玄武巖纖維在紅黏土中摻入量的增加呈先下降后平緩再增大的趨勢，在3%到9%之間，6%的玄武巖纖維改良紅黏土的效果最好，可有效改良土的壓縮性。

（2）紅黏土的壓縮模量隨著玄武巖纖維在紅黏土中摻入量的增加呈先增大后減小的趨勢，玄武巖纖維摻入量為0%到6%之間，紅黏土的壓縮模量明顯得到提高，由此可見玄武巖纖維摻入量在一定范圍可提高紅黏土的抗壓強度。

根據試驗得出：玄武巖纖維在紅黏土中摻入量在一定范圍內可以提高土體的抗壓強度，并且改良紅黏土的物理性質，提高工程特性。