基于玄武巖纖維加筋水泥土的水穩(wěn)定性評價(jià)分析

摘要 為提升玄武巖纖維加筋水泥土的改良效果，保證加筋水泥土水穩(wěn)定性能，文章通過浸水及干濕循環(huán)試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了不同玄武巖纖維配比、長度條件下加筋水泥土水穩(wěn)定性能的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，（1）水泥土中摻加玄武巖纖維后，其水穩(wěn)定性能得到大幅度提升，并且加筋水泥土養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，其水穩(wěn)定性能越好；（2）加筋水泥土養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到28d時(shí)，其水穩(wěn)系數(shù)高達(dá)43.0%，其中纖維配比為0.3%條件下加筋水泥土的水穩(wěn)性能最佳。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；水泥土；浸水試驗(yàn)；干濕循環(huán)試驗(yàn)

中圖分類號 U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0189-03

0 引言

水泥土作為一種常用的路基填筑材料，具有獲取方便、承載性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其水穩(wěn)性能相對較差，工程實(shí)踐中通常采取摻加玄武巖纖維的方式對其實(shí)施改良處理，以有效增強(qiáng)路基的抗水損能力[1]。目前，針對玄武巖纖維加筋水泥土改良處理的研究眾多，但主要集中于提升水泥土力學(xué)特性方面，而對于水穩(wěn)性能方面的研究極為少見[2]。為此，該文通過相關(guān)試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了玄武巖纖維加筋水泥土的水穩(wěn)定性能，對提升路基填筑質(zhì)量，保證公路運(yùn)行安全具有重要意義。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

土樣選用黏性土，埋深為1.5～4.0 m；水泥采用強(qiáng)度等級P.042.5級的普通水泥，纖維材料為優(yōu)質(zhì)玄武巖纖維，經(jīng)檢測各種材料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 試驗(yàn)方案

方案設(shè)計(jì)：水泥土在浸水條件下承載性能及穩(wěn)定性顯著下降，根據(jù)水泥土力學(xué)特性變化規(guī)律，通過摻加玄武巖纖維對其實(shí)施改良處理，以有效增強(qiáng)其水穩(wěn)性能，并采用浸水及干濕循環(huán)試驗(yàn)對其改良效果實(shí)施評定。該研究水泥用量控制在4.0%，纖維配比依次取0.1%、0.3%、0.5%、0.7%，規(guī)格分別為6.0 mm、9.0 mm、12.0 mm、20.0 mm；養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為7 d、28 d和90 d[3]。

試件制備及養(yǎng)生：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求制備規(guī)格為φ100×h100 mm的玄武巖纖維加筋水泥土標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，壓實(shí)度不低于96%；構(gòu)件制備完成后，將其放入標(biāo)養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。各項(xiàng)試驗(yàn)制備2組試件，每組3塊。

性能測試：（1）浸水試驗(yàn)：根據(jù)現(xiàn)行《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3441—2024）相關(guān)規(guī)定，通過壓力試驗(yàn)機(jī)WAW-100，對各養(yǎng)護(hù)時(shí)間下浸水24 h及未浸水構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度實(shí)施檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對其水穩(wěn)定性能實(shí)施評定。（2）干濕循環(huán)試驗(yàn)：構(gòu)件養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)期限前24 h，稱取構(gòu)件重量，記為m0，在水中浸泡24 h后實(shí)施干濕循環(huán)試驗(yàn)；當(dāng)循環(huán)遍數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后，稱取構(gòu)件重量m，并檢測構(gòu)件的殘余強(qiáng)度，求出殘余強(qiáng)度比[4]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 浸水試驗(yàn)

纖維長度影響：通過試驗(yàn)檢測獲得不同纖維長度下加筋水泥土水穩(wěn)系數(shù)的變化規(guī)律，如圖1所示：

從圖1可以看出：（1）當(dāng)纖維長度增大時(shí)，各纖維配比及養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的加筋土水穩(wěn)系數(shù)相差不大，纖維配比0.3%條件下加筋水泥土的水穩(wěn)系數(shù)基本不變；當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到28 d時(shí)，加筋水泥土水穩(wěn)系數(shù)高于43.0%，并且當(dāng)纖維長度為9.0 mm條件下，纖維配比為0.1%、0.5%、0.7%的加筋水泥土水穩(wěn)性能達(dá)到最大。（2）纖維配比為0.3%、長度為12.0 mm的條件下，加筋水泥土的水穩(wěn)性能達(dá)到最大，其根本原因在于纖維較短時(shí)，更加容易分布均勻，能夠和水泥土形成一網(wǎng)狀構(gòu)造，因此在水體作用下加筋水泥土的強(qiáng)度更高，整體性較強(qiáng)。（3）當(dāng)纖維長度過長時(shí)，攪拌難度較大，容易出現(xiàn)拌和不均、纏繞成團(tuán)的現(xiàn)象，降低纖維與水泥土之間的結(jié)合效果，因此加筋水泥土在水體作用下的強(qiáng)度大幅度下降，水穩(wěn)系數(shù)顯著降低[5-7]。

纖維配比：通過試驗(yàn)檢測獲得不同纖維配比下加筋水泥土水穩(wěn)系數(shù)的變化規(guī)律，如圖2所示：

從圖2可以看出：（1）摻加玄武巖纖維后，水泥土水穩(wěn)系數(shù)顯著增大，增幅高達(dá)10.6%以上，主要原因在于纖維韌性較好，能有效改善水泥土的力學(xué)性能，防止產(chǎn)生拉裂縫，而當(dāng)纖維配比過大時(shí)，其均勻性顯著降低，造成加筋效果下降，因此當(dāng)纖維配比達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，加筋水泥土的水穩(wěn)性能逐漸下降。（2）養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過28d時(shí)，纖維配比為0.3%條件下的水泥土水穩(wěn)系數(shù)達(dá)到最大，且配比逐漸增大時(shí)，20.0 mm長的纖維加筋水泥土水穩(wěn)系數(shù)下降最快，與0.7%纖維配比下的水泥土相比，其水穩(wěn)系數(shù)下降幅度為2.0%。

2.2 干濕循環(huán)試驗(yàn)

通過對纖維配比為0.3%條件下的水泥土實(shí)施干濕循環(huán)檢測得出，當(dāng)循環(huán)遍數(shù)相同、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不同的條件下，水泥土殘余強(qiáng)度受纖維長度影響較小；當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不超過28d時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，加筋水泥土的殘余強(qiáng)度比越小，在循環(huán)遍數(shù)達(dá)到7遍時(shí)，加筋水泥土的殘余強(qiáng)度比下降最為顯著，降幅高達(dá)30.0%[8]。

纖維長度：通過干濕循環(huán)試驗(yàn)獲得不同纖維長度下加筋水泥土殘余強(qiáng)度比的變化規(guī)律，如圖3所示：

從圖3可以看出：當(dāng)纖維長度逐漸增大時(shí)，加筋水泥土的殘余強(qiáng)度比變化不大；當(dāng)其長度從6.0 mm增大到20.0 mm時(shí)，加筋水泥土養(yǎng)護(hù)28 d、90 d時(shí)的殘余強(qiáng)度比降幅依次為3.5%、1.8%，表明纖維長度對加筋水泥土殘余強(qiáng)度比的影響較小。

（2）循環(huán)遍數(shù)：通過干濕循環(huán)試驗(yàn)獲得不同循環(huán)遍數(shù)下加筋水泥土殘余強(qiáng)度比的變化規(guī)律，如圖4所示：

從圖4可以看出：養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同條件下，循環(huán)遍數(shù)越多，水泥土殘余強(qiáng)度比越小，并且下降幅度基本相同；相較于養(yǎng)護(hù)時(shí)間90 d的水泥土，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d的加筋水泥土的殘余強(qiáng)度比下降幅度較大，循環(huán)遍數(shù)超過15遍時(shí)，加筋水泥土在養(yǎng)護(hù)28 d、90 d時(shí)的殘余強(qiáng)度比分別為54.2%、58.8%，根本原因在于經(jīng)干濕循環(huán)處理后，水泥土密實(shí)度下降，因此其殘余強(qiáng)度比出現(xiàn)下降；如養(yǎng)護(hù)時(shí)間為90 d時(shí)，在循環(huán)遍數(shù)不超過3遍的條件下，加筋水泥土的殘余強(qiáng)度比下降速率較快，降幅為11.5%；在循環(huán)遍數(shù)為3～9遍的條件下，循環(huán)遍數(shù)越多，加筋水泥土的殘余強(qiáng)度比越小，且循環(huán)遍數(shù)每增加1遍，其殘余強(qiáng)度比下降3.4%；而當(dāng)循環(huán)遍數(shù)為10～15遍的條件下，隨循環(huán)遍數(shù)的增多，其殘余強(qiáng)度比下降速率逐漸變緩，循環(huán)遍數(shù)每增加1遍，其殘余強(qiáng)度比下降1.5%，主要是由于隨循環(huán)遍數(shù)的增加，加筋水泥土的密實(shí)度不再發(fā)生變化。

3 結(jié)語

綜上所述，該文通過浸水及干濕循環(huán)試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了玄武巖纖維配比、長度對加筋水泥土水穩(wěn)定性能的影響，具體結(jié)論如下：

（1）水泥土中摻加纖維后，其水穩(wěn)定性能得到大幅度提升，并且加筋水泥土養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，其水穩(wěn)定性能越好；相較于養(yǎng)護(hù)時(shí)間7 d的條件下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d的加筋水泥土水穩(wěn)系數(shù)提升10.7%左右。

（2）纖維長度增大時(shí)，各纖維配比及養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的加筋土水穩(wěn)系數(shù)相差不大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d的條件下，其水穩(wěn)系數(shù)高達(dá)43.0%；纖維配比0.3%的條件下，加筋水泥土水穩(wěn)性能最佳。

（3）干濕循環(huán)狀態(tài)下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d的加筋水泥土殘余強(qiáng)度比下降幅度較大，超過28 d后降幅減小。

（4）纖維長度變化基本不會(huì)對加筋水泥土水穩(wěn)定性造成影響，當(dāng)其長度從6.0 mm增加到20.0 mm的條件下，加筋水泥土養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)的殘余強(qiáng)度比降幅為3.5%。

（5）養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同條件下，循環(huán)遍數(shù)越多，水泥土殘余強(qiáng)度比越小，并且下降幅度基本相同，且養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d條件下的水泥土殘余強(qiáng)度下降速率最大。

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