趙衛(wèi)琪，方 睿，周 浩，李 娜，姜 屏

(1.紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，紹興 312000；2.同創(chuàng)工程設(shè)計有限公司,紹興 312000)

0 引 言

化學(xué)穩(wěn)定[1-3]是一種廣泛用于改善土壤力學(xué)性能的技術(shù)，這種技術(shù)能夠在短時間內(nèi)使材料獲得較高的抗壓強(qiáng)度，水泥、石灰就是這類技術(shù)中使用較為廣泛的材料[4-5]。粉煤灰是火力發(fā)電的副產(chǎn)品，具有較高的火山灰活性，可以作為水泥或石灰固化土的外加劑。Mahedi等[6]通過直剪試驗(yàn)研究了石灰對高塑性路堤黏土應(yīng)力-應(yīng)變特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期和石灰含量的增加而增加。Indiramma等[7]研究石灰-粉煤灰復(fù)摻改善膨脹土的力學(xué)性能時發(fā)現(xiàn)摻合料提高了土體的最大干容重和強(qiáng)度，土體之間的孔隙由外加劑填充。然而，水泥、石灰的生產(chǎn)是一個能源密集型過程，并且向大氣中排放大量的溫室氣體，是一個重大的環(huán)境問題[8-10]。為此，人們迫切地尋找可以替代水泥、石灰的材料來固化土壤。為了考慮成本及環(huán)境保護(hù)，可以使用一些富含Ca(OH)2的廢料與火山灰材料共同使用來產(chǎn)生膠結(jié)作用。電石渣是乙炔生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，主要含有Ca(OH)2。因此可以研究電石渣與粉煤灰對土壤的固化作用。Phummiphan等[11]研究了電石渣-粉煤灰共同穩(wěn)定紅壤土，并且其7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足當(dāng)?shù)剌p型和重型交通路面的強(qiáng)度要求。Hanjitsuwan[12]研究了以電石渣為外加劑的堿激發(fā)粉煤灰常溫固化砂漿的強(qiáng)度發(fā)展和耐久性，試驗(yàn)結(jié)果表明電石渣與粉煤灰比例為3 ∶7時，在堿活化情況下，砂漿28 d的抗壓強(qiáng)度最大。Kampala等[13]研究了電石渣和粉煤灰穩(wěn)定粉質(zhì)黏土的抗干濕循環(huán)耐久性，以確定其在道路應(yīng)用的性能，研究表明電石渣單獨(dú)穩(wěn)定黏土的抗干濕循環(huán)耐久性是低的，但最佳含量下電石渣和粉煤灰可以顯著提高粉質(zhì)黏土的抗干濕循環(huán)強(qiáng)度和耐久性。

電石渣改性路基土具有脆性大的缺陷。研究人員[14-16]發(fā)現(xiàn)使用纖維作為改善機(jī)械性能的方法在土壤改良方面表現(xiàn)良好。Duan等[17]研究了聚丙烯纖維對水泥土力學(xué)性能的影響，纖維在一定程度上能夠很好地抑制水泥土的側(cè)向變形，改善水泥土的峰值應(yīng)變和破壞模式。曾軍等[18]同樣證明了纖維的摻入能夠提高水泥土的抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，以及到達(dá)應(yīng)力峰值時對應(yīng)的軸向應(yīng)變，并且纖維水泥土的破壞模式為塑性破壞。Wang等[19]為了研究聚丙烯纖維對水泥土脆性破壞的改善效果，對不同含量的聚丙烯纖維水泥土進(jìn)行三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))含量的聚丙烯纖維能夠最大程度改善其脆性破壞。Jiang等[20]對摻入聚丙烯纖維的鐵尾礦粉進(jìn)行直剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明隨著聚丙烯纖維摻量的增加，鐵尾礦粉的凝聚力先增大后減小，內(nèi)摩擦角先減小后增大，從能量耗散角度來看聚丙烯纖維的摻入可以改善鐵尾礦粉的剪切性能。

本文研究電石-粉煤灰固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(unconfined compressive strength, UCS)及對環(huán)境的影響，通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來評價電石渣在最優(yōu)摻量下能否替代同等量的石灰。同時摻入聚丙烯纖維來增強(qiáng)試樣的延性，探究聚丙烯纖維的最優(yōu)摻量。為復(fù)摻電石渣、粉煤灰用作道路基層的改良劑提供了參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

圖1 濱海路基土、電石渣、粉煤灰顆粒級配Fig.1 Gradation of subgrade soil, calcium carbide residue and fly ash

1.1 材 料

試驗(yàn)所用材料主要包括路基土、電石渣、石灰、粉煤灰、聚丙烯纖維和水，路基土、電石渣、粉煤灰的顆粒級配如圖1所示。

試驗(yàn)所用路基土取自紹興濱海新城濱江區(qū)域，其主要物理性質(zhì)指標(biāo)見表1，天然含水量與有機(jī)含量占比均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；試驗(yàn)所用電石渣產(chǎn)自河南鄭州，石灰產(chǎn)自江西新余，主要化學(xué)組成見表2；試驗(yàn)所用粉煤灰取自浙能紹興濱海熱電有限公司，主要物理性質(zhì)指標(biāo)見表3；試驗(yàn)所用聚丙烯纖維由紹興纖維高新科技有限公司生產(chǎn)，為6 mm短切纖維，其主要物理性質(zhì)指標(biāo)見表4；試驗(yàn)所用水為自來水。

表1 路基土主要物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 Physical property indexes of subgrade soil

表2 電石渣、石灰主要化學(xué)組成Table 2 Main chemical composition of calcium carbide residue and lime

表3 粉煤灰主要物理指標(biāo)Table 3 Main physical indexes of fly ash

表4 聚丙烯纖維主要物理力學(xué)指標(biāo)Table 4 Main physical and mechanical indexes of polypropylene fiber

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 UCS試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方案

電石渣含量、石灰含量、粉煤灰含量、聚丙烯纖維含量及含水率按式(1)～(5)確定。

CC=MC/MS×100%

(1)

CL=ML/MS×100%

(2)

CF=MF/MS×100%

(3)

Cp=Mp/(MC+MF+MS)×100%

(4)

CW=MW/(MC+MF+Mp+MS)×100%

(5)

式中：CC為電石渣含量，CL為石灰含量，CF為粉煤灰含量，CP為聚丙烯纖維含量，CW為含水率，上述所述材料含量均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位均為%；MC為電石渣質(zhì)量，ML為石灰質(zhì)量，MF為粉煤灰質(zhì)量，MP為聚丙烯纖維質(zhì)量，MW為水的質(zhì)量，MS為路基土干土的質(zhì)量，上述材料質(zhì)量單位均為g。

試驗(yàn)中試樣含水率固定為20%，固定粉煤灰的摻量為8%，在電石渣摻量為4%、6%、8%、10%的情況下，來尋求電石渣的最優(yōu)摻量。在電石渣-粉煤灰最優(yōu)摻量條件下，通過添加0.4%、0.6%、0.8%的聚丙烯纖維，進(jìn)一步驗(yàn)證聚丙烯纖維對電石渣-粉煤灰固化土的改性效果。試樣編號規(guī)則為：未浸水組CF、LF、CFP，浸水組SCF、SCFP，其中,C表示電石渣，F(xiàn)表示粉煤灰，L表示石灰，P表示聚丙烯纖維，S表示標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6 d后再浸水1 d。UCS試驗(yàn)方案如表5所示。

表5 UCS試驗(yàn)方案Table 5 UCS test protocol

續(xù)表

圖2 成型后試樣Fig.2 Sample after molding

(2)試樣制備及養(yǎng)護(hù)方法

本試驗(yàn)試樣用直徑39.1 mm、長80 mm標(biāo)準(zhǔn)模具靜壓成型，然后用千斤頂脫模，成型后的試樣如圖2所示。試樣制作完成后，用塑料薄膜包裹整個試樣，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱，養(yǎng)護(hù)箱溫度為20 ℃，濕度為95%，養(yǎng)護(hù)7 d。對于浸水試驗(yàn)試樣標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)6 d，浸水1 d后測定其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

(3)測試方法

無側(cè)限抗壓測試時，剪切速度設(shè)為1 mm/min。試驗(yàn)設(shè)備使用全自動多功能無側(cè)限抗壓機(jī)，該設(shè)備可通過計算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)操作全過程的自動化。對于每組試樣，均在相同條件下測試五個試樣，以檢查測試的一致性。

1.2.2 pH試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)中用pH值大小表示腐蝕性高低，纖維對pH值無影響，因此試驗(yàn)暫不考慮添加纖維后的情況，只研究CF試樣最優(yōu)摻量的情況。為了能夠更好地模擬土樣淋雨后浸出液對環(huán)境的影響，采用兩種方法來檢測土樣：1)配制CF土樣的濁液，每隔一段時間，測定上清液的pH值，來模擬CF土樣被雨水浸泡后對環(huán)境的影響；2)配制CF土樣的濁液，每隔2 h測定上清液的pH值，每次測定之后，倒出上清液，更換同等質(zhì)量的純凈水，來模擬CF土樣被雨水反復(fù)沖刷之后對環(huán)境的影響。

(2)制樣方法

pH試驗(yàn)時，取UCS試驗(yàn)后的土樣，自然風(fēng)干后研磨通過2 mm篩，采取四分法取10 g土樣，放入廣口瓶，加純凈水50 mL，土水質(zhì)量比為1 ∶5，搖晃3 min后測定pH值。

(3)測試方法

所用pH測試儀器為METTLER TOLEDO公司生產(chǎn)的FE28pH計，精確至0.01。每份溶液每次測定兩次，取平均值，兩次平行誤差不超過0.1。

2 結(jié)果與討論

2.1 電石渣的最優(yōu)摻量

圖3顯示了不同含量的電石渣與粉煤灰復(fù)合改性路基土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。結(jié)果表明，試樣抗壓強(qiáng)度存在明顯的峰值點(diǎn)，因此該曲線為軟化型曲線，且隨著電石渣摻量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度先增加后減少，并且在電石渣含量為8%時，峰值強(qiáng)度達(dá)到最大值。當(dāng)電石渣摻量為8%時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到3 625.68 kPa，相較于電石渣摻量為4%、6%、10%時強(qiáng)度提升了124%、114%、124%。

電石渣的主要成分為Ca(OH)2，會與粉煤灰中的SiO2和Al2O3發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，由于這兩種物質(zhì)具有極強(qiáng)的膠凝作用，使得土顆粒膠凝成團(tuán)，提高了路基土的強(qiáng)度。因此，當(dāng)電石渣摻量增加時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度會增加。但當(dāng)電石渣摻量大于8%時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度下降，這是因?yàn)榉勖夯液恳欢ǎS著電石渣摻量的增加，試樣中的游離的CaO含量增多。

因此，在粉煤灰摻量為8%的前提下，電石渣的最優(yōu)摻量為8%，摻入比為1 ∶1。

2.2 CF試樣應(yīng)用可行性

在相同的含水率、制樣及養(yǎng)護(hù)條件下，進(jìn)一步對比CF試樣與LF試樣各自配合比在1 ∶1情況下的強(qiáng)度。圖4為CF試樣與LF試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。從結(jié)果可知，同等摻量下LF試樣的抗壓強(qiáng)度為3 369.16 kPa，CF試樣抗壓強(qiáng)度為3 625.68 kPa，強(qiáng)度提升了7.61%。取峰值應(yīng)變后5%應(yīng)變時的強(qiáng)度為殘余強(qiáng)度[21]，比較發(fā)現(xiàn)兩者的殘余強(qiáng)度幾乎相等，大約為186 kPa。因此，在該配合比下可以考慮用電石渣來替代石灰。

圖3 不同含量電石渣與粉煤灰改性路基土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of modified roadbed soil with different content of calcium carbide slag and fly ash

圖4 CF試樣與LF試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.4 Stress-strain curves of CF specimen and LF specimen

2.3 纖維加筋作用

圖5 不同聚丙烯纖維摻量下CFP試樣強(qiáng)度對比Fig.5 Comparison of CFP samples strength under different polypropylene fiber content

2.3.1 峰值強(qiáng)度對比

圖5所示為不同聚丙烯纖維摻量下CFP試樣強(qiáng)度對比，纖維摻量分別為0%、0.4%、0.6%、0.8%，試樣分別進(jìn)行浸水與不浸水試驗(yàn)。從圖可以看出，相同摻量下的試樣不浸水的強(qiáng)度明顯大于浸水試樣的強(qiáng)度。對不浸水試樣進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果表明，在電石渣、粉煤灰摻量一定的情況下，試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著聚丙烯纖維摻量從0%增加到0.6%而提高，但是隨著聚丙烯纖維摻量增加到0.8%時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢。浸水試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化趨勢與不浸水試樣變化趨勢一致。因此，聚丙烯纖維對加筋試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的最優(yōu)摻量為0.6%。

上述試驗(yàn)結(jié)果可能是由以下原因造成的：

(1)由于纖維的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土顆粒的彈性模量，同時又由于變形的協(xié)調(diào)性，在纖維與土顆粒接觸界面上各產(chǎn)生一個平行于界面的切向力，從而使土體的強(qiáng)度得到了加強(qiáng)。纖維被電石渣、粉煤灰火山灰反應(yīng)產(chǎn)生的膠凝材料包裹，對纖維產(chǎn)生了錨固作用，增強(qiáng)了纖維與土體間的膠結(jié)力和摩擦力。

(2)當(dāng)纖維摻量超過最優(yōu)摻量時，過多的纖維結(jié)團(tuán)纏繞，形成了纖維與纖維的薄弱界面。當(dāng)外荷載作用時，水泥土的破壞最先從纖維與纖維的薄弱面開始，導(dǎo)致纖維的抗拉應(yīng)力沒有施展，大大降低了纖維的增強(qiáng)作用。

(3)試樣浸水后，纖維與土顆粒之間的界面摩擦力與黏聚力急劇下降，導(dǎo)致強(qiáng)度大大下降。

2.3.2 峰值應(yīng)變及殘余強(qiáng)度

圖6所示為不同纖維摻量CFP試樣峰值強(qiáng)度對應(yīng)的軸向應(yīng)變。從圖中可以看出，在相同條件下，CFP試樣破壞時的軸向應(yīng)變遠(yuǎn)大于CF試樣。當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.4%、0.6%、0.8%時，CFP試樣破壞時的軸向應(yīng)變與纖維摻量為0%相比分別提高了58.6%、85.2%、76.7%。相同纖維摻量下的試樣不浸水破壞時的軸向應(yīng)變與浸水相比較均有所上升，上升幅度達(dá)到31.25%、18.93%、24.28%、21.24%。圖7所示為不同纖維摻量下CFP試樣的殘余強(qiáng)度。從圖中可以看出，CFP試樣的殘余強(qiáng)度得到了極大的提高，與不摻纖維相比，殘余強(qiáng)度分別提高了380.6%、657.7%、716.5%。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，試樣經(jīng)過浸水處理后，雖然與不浸水試樣相比殘余強(qiáng)度下降，但是仍大于未摻入纖維試樣的殘余強(qiáng)度。說明聚丙烯纖維的摻入有效改善CF試樣的脆性，提高試樣的延性。其主要原因是電石渣-粉煤灰土顆粒附著在纖維表面，可以增強(qiáng)其黏聚力和摩擦力，纖維能夠在加筋土試樣已經(jīng)發(fā)生損傷的情況下仍舊提供較好的拉應(yīng)力，有效減少變形，提高了CF試樣的延性和殘余強(qiáng)度。

圖6 不同纖維摻量下CFP試樣峰值應(yīng)變Fig.6 Peak strain of CFP samples under different fiber content

圖7 不同纖維摻量下CFP試樣的殘余強(qiáng)度Fig.7 Residual strength of CFP samples with different fiber content

表6所示為試樣浸水前后質(zhì)量及強(qiáng)度對比分析?？紤]浸水后的質(zhì)量變化是由于試樣吸水的影響，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0%、0.4%、0.6%、0.8%時，含水率分別提高了3.02%、2.88%、2.70%、2.67%?？梢园l(fā)現(xiàn)隨著聚丙烯纖維摻量的增加，試樣浸水后的含水率均有所下降，試樣的水穩(wěn)定性隨著聚丙烯纖維摻量的增加而有所提高。

表6 不同纖維摻量下CFP試樣浸水前后質(zhì)量及強(qiáng)度Table 6 Quality and strength of CFP samples before and after soaked in water with different fiber content

2.4 破壞模式

圖8中(a)～(c)為CF試樣的破壞情況，(d)～(f)為CFP試樣的破壞情況。從圖中可以看出CF試樣從受壓后變產(chǎn)生貫通裂縫，隨著所受壓力的不斷增大，裂縫不斷變寬，當(dāng)試樣破壞時，試樣大部分脫落。當(dāng)加入聚丙烯纖維后，試樣裂縫產(chǎn)生時間較長，裂紋擴(kuò)展速度較慢，同時裂縫并未產(chǎn)生明顯的貫通，試樣在破壞時并未產(chǎn)生明顯的脫落現(xiàn)象。CFP試樣在壓實(shí)后表現(xiàn)出良好的塑性變形，在連續(xù)壓力的作用下，纖維與土體之間的拉應(yīng)力雖然已經(jīng)發(fā)生破壞，但仍能持續(xù)較長時間。從宏觀上看試樣發(fā)生破裂但并未發(fā)生破壞。

圖8 試樣受壓破壞情況圖：(a)、(b)、(c)為CF試樣的破壞情況；(d)、(e)、(f)為CFP試樣的破壞情況Fig.8 Diagram of the damage of samples under pressure： (a), (b), (c) is the damage of CF sample; (d), (e), (f) is the damage of CFP sample

2.5 pH值影響

圖9 電石渣摻量與pH值的變化規(guī)律Fig.9 Change rule of calcium carbide residue content and pH value

圖9為電石渣摻量與pH值的變化規(guī)律。由圖9可知，隨著電石渣摻量的增加，pH值也隨之增加，導(dǎo)致水化過程更加劇烈，從而致使更多的Ca(OH)2晶體析出，濁液的pH值上升。結(jié)合無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析，較高的pH值環(huán)境為粉煤灰中SiO2和Al2O3的溶解提供了必需的堿性激發(fā)環(huán)境，電石渣與粉煤灰發(fā)生的火山灰反應(yīng)更加充分，同時，高堿性環(huán)境也會促進(jìn)硅和鋁的溶解，使得火山灰反應(yīng)持續(xù)時間更長。

表7所示為浸泡時間對試樣浸出液pH值的影響。由表可知，試樣浸出液的pH值較高，浸泡時間在6 h內(nèi)，試樣浸出液的pH值變化并不明顯。試樣浸泡時間超過6 h之后，浸出液的pH值呈現(xiàn)略微下降趨勢，與最高峰相比下降0.33，這是由于浸出液與空氣中的CO2等酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，浸出液的pH值略微降低。可以發(fā)現(xiàn)試樣浸出液的pH值與存放時間并無顯著差異，可以得出試樣腐蝕性與存放時間并無顯著聯(lián)系。同時參照《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 腐蝕性鑒別》(GB 5085.1—2007)規(guī)范的規(guī)定，該土樣的pH值未超過規(guī)范規(guī)定的12.5，因此可以應(yīng)用于工程實(shí)際中。

表7 浸泡時間對試樣浸出液pH值的影響Table 7 Influence of soaking time on the pH value of the sample extract

圖10展示了在不同雨水沖刷次數(shù)下試樣pH值變化。由圖10(a)可知，隨著雨水沖刷次數(shù)的增加，試樣浸出液的pH值不斷減少，說明經(jīng)過雨水的沖刷之后，CF試樣對環(huán)境的影響程度逐漸減少。在經(jīng)過13次雨淋之后，pH值共降低了0.6。以雨水沖刷次數(shù)x為橫坐標(biāo)，以pH值y為縱坐標(biāo)，按照反比例函數(shù)進(jìn)行擬合，如圖10(b)所示，得出雨水沖刷次數(shù)與pH值之間的關(guān)系，擬合方程如式(6)所示，從擬合曲線可以看出其pH值隨著雨水沖刷次數(shù)的增加還會繼續(xù)降低。

y=5.277 14x-0.044 32+7 (R2=0.975 56)

(6)

圖10 在不同雨水沖刷次數(shù)下試樣pH值變化Fig.10 pH value of samples under different rain washing times

2.6 微觀結(jié)構(gòu)分析

2.6.1 CF摻量的影響

已有研究[22-24]表明，土體的組織結(jié)構(gòu)對土體的力學(xué)性能起到至關(guān)重要的作用，因此有必要對改良土的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，探究顆粒大小、孔隙大小及膠結(jié)物類型對土體的影響。圖11所示為不同摻量下CF試樣的SEM照片。圖11(c)與其他((a)、(b)、(d))相比較而言可以發(fā)現(xiàn)其孔隙率更低，有更多的團(tuán)聚體，且結(jié)構(gòu)更加的密實(shí)。該團(tuán)聚體是由電石渣與粉煤灰發(fā)生火山灰反應(yīng)的產(chǎn)物引起的，團(tuán)聚體在土顆粒之間具有良好的編織骨架作用，對孔隙也起到了更好的填充作用，可以清楚地看到電石渣與粉煤灰之間發(fā)生火山灰反應(yīng)引起的膠結(jié)產(chǎn)物的存在，這些物質(zhì)很好的賦予了土體更高的強(qiáng)度和抗變形能力。在圖11(d)中，可以清楚的看到過多的游離電石渣的存在，這導(dǎo)致粒狀堆積結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，顆粒之間定向排序趨勢不明顯，整體性較差，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低。

2.6.2 CFP摻量的影響

圖12給出了不同聚丙烯纖維摻量下電石渣-粉煤灰改性土SEM照片。圖12(b)、(c)中可以很好發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維表明被大量土顆粒和火山灰反應(yīng)產(chǎn)物附著，這表明土體顆粒與聚丙烯纖維有著良好的結(jié)合。由于聚丙烯纖維與土顆粒之間的牢固增強(qiáng)的界面相互作用，能夠使得聚丙烯纖維變得更加堅韌，他們能夠共同承受外部荷載，將施加的應(yīng)力分布在更廣的區(qū)域，并進(jìn)一步抑制裂縫的擴(kuò)展。因此，聚丙烯纖維、土顆粒和火山灰反應(yīng)產(chǎn)物通過膠結(jié)、孔隙填充和橋架的共同作用，共同促進(jìn)了試樣內(nèi)部穩(wěn)定和相互連通結(jié)構(gòu)的形成。當(dāng)試樣受到外荷載影響時，纖維的橋接作用和火山灰反應(yīng)的膠結(jié)作用可以有效組織裂紋的進(jìn)一步發(fā)展和試樣的載荷變形。這也為圖6、圖8中試樣表現(xiàn)出更高的延性和殘余強(qiáng)度提供了合理的解釋。

由于聚丙烯纖維的進(jìn)一步添加，在圖12(c)中具有0.8%摻量的聚丙烯纖維，掃描電鏡照片中也可以明顯看到更多的纖維，其中聚丙烯纖維是不均勻隨機(jī)分布，這可能導(dǎo)致試樣內(nèi)部聚丙烯纖維之間的機(jī)械相互作用更加強(qiáng)烈，并可能形成弱表面。同時，由于過多纖維的隨機(jī)分布，會出現(xiàn)纖維團(tuán)聚現(xiàn)象。當(dāng)試樣受到外部荷載時，聚丙烯纖維可能會從試樣中滑出，滑動破壞最有可能發(fā)生在弱表面。0.8%聚丙烯纖維試樣強(qiáng)度降低的最大可能就是與聚丙烯纖維的不均勻分布有關(guān)。這與Kumar等[25]的研究相似。

圖12(b)可以很好地驗(yàn)證聚丙烯纖維與土體之間的界面摩擦。圖12(b)顯示了聚丙烯纖維的拔出行為，其中在試樣表面形成拔出痕跡，并表明了試樣破壞機(jī)理。當(dāng)試樣受到外荷載作用時，抗拉強(qiáng)度優(yōu)異的聚丙烯纖維可以進(jìn)一步防止裂紋的擴(kuò)展和延伸，直至從試樣中拔出。從圖12(a)中可以發(fā)現(xiàn)纖維末端發(fā)生了斷裂破壞，這是由于試樣只有0.4%的聚丙烯纖維，單位體積下的聚丙烯纖維摻量較少，從而在外荷載作用下，單位體積中的聚丙烯纖維受到的抗拉拔力較大，使得纖維發(fā)生了斷裂破壞。很明顯，圖12(b)、(c)中由于單位體積具有更多的纖維，從而使得纖維被拉伸后拔出試樣，在土體上留下劃痕而非留下斷裂破壞的纖維。這也為圖5中0.6%聚丙烯纖維摻量的試樣強(qiáng)度大于0.4%聚丙烯纖維摻量的試樣提供了很好的解釋。

圖11 不同摻量下電石渣-粉煤灰復(fù)合改性土SEM照片F(xiàn)ig.11 SEM images of calcium carbide slag-fly ash composite modified soil with different content

圖12 不同聚丙烯纖維摻量下電石渣-粉煤灰改性土SEM照片F(xiàn)ig.12 SEM images of calcium carbide residue-fly ash modified soil with different polypropylene fiber content

3 結(jié) 論

(1)電石渣-粉煤灰試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均為應(yīng)變軟化型曲線。當(dāng)粉煤灰含量為8%時，電石渣含量為8%的試樣強(qiáng)度為3 625.68 kPa，達(dá)到最大值，與電石渣摻量為4%、6%、10%試樣相比，強(qiáng)度提升了124%、114%、124%。電石渣-粉煤灰試樣的強(qiáng)度高于石灰-粉煤灰試樣的強(qiáng)度，且兩者的殘余強(qiáng)度相當(dāng)，因此電石渣可以代替石灰在路基工程上的應(yīng)用，減少石灰對環(huán)境的影響。

(2)聚丙烯纖維能夠明顯改善電石渣-粉煤灰試樣的力學(xué)特性。聚丙烯纖維加強(qiáng)電石渣-粉煤灰試樣的峰值應(yīng)變和殘余強(qiáng)度均大于不摻聚丙烯纖維的電石渣-粉煤灰試樣，說明聚丙烯纖維能夠提高試樣的強(qiáng)度和延性。而且聚丙烯纖維的摻量存在明顯的最優(yōu)情況，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.6%時，試樣強(qiáng)度達(dá)到最大值。隨著聚丙烯纖維摻量從0.4%增加到0.8%，試樣浸水后的含水率分別提高了2.88%、2.70%、2.67%，同時試樣的水穩(wěn)定性有所提高。從試樣的破壞可以看出，不摻纖維的試樣為脆性破壞，摻纖維的試樣為塑性破壞，纖維使得試樣最終破裂但并未破壞。

(3)電石渣-粉煤灰最優(yōu)摻量下的試樣其pH值與存放時間并無顯著聯(lián)系，并且pH值不超過12.28，可以應(yīng)用于實(shí)際工程。