尹黎陽(yáng)，唐朝生，張 龍

1. 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)研究院，天津 300000；2. 南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023

南海地區(qū)油氣資源、生態(tài)資源極為豐富，同時(shí)是中國(guó)“21世紀(jì)海上絲綢之路”的橋頭堡，開(kāi)發(fā)建設(shè)南海地區(qū)對(duì)于中國(guó)保障海上貿(mào)易安全以及戰(zhàn)略資源安全至關(guān)重要（胡志勇等，2019）。近年來(lái)，中國(guó)逐步加強(qiáng)了對(duì)南海的開(kāi)發(fā)力度，對(duì)南沙群島、中沙群島的部分島礁開(kāi)展吹填造島和島礁建設(shè)工程，以便更好的鞏固和利用南海資源（李國(guó)選等，2018）。用作島礁建設(shè)的南海鈣質(zhì)砂是由珊瑚、貝殼等海洋生物殘骸經(jīng)物理、化學(xué)、生物作用后形成的，相較普通河砂其強(qiáng)度低、壓縮性高、顆粒易破碎, 在排水不良、動(dòng)荷載等條件下還存在液化和承載力衰減等不良特性（王新志等，2008，2018） 。因此，對(duì)鈣質(zhì)砂進(jìn)行改性加固、改善其力學(xué)性能對(duì)提高工程使用壽命，減少后期維護(hù)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。南海海域遠(yuǎn)離大陸、運(yùn)輸困難，同時(shí)珊瑚及珊瑚礁的生長(zhǎng)對(duì)海洋環(huán)境要求苛刻，針對(duì)南海島礁土體的加固改性方法必須遵循易于施工、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、適用于南海特殊環(huán)境、對(duì)海洋環(huán)境污染較小的原則。傳統(tǒng)土體改性方法如強(qiáng)夯、振沖加固需要大型施工機(jī)械，現(xiàn)階段在南海島礁上使用并不現(xiàn)實(shí)，而化學(xué)注漿材料大多具有強(qiáng)堿性和生物毒性，如：水泥、聚丙烯酰胺（PAM）、多聚糖（PSD）等，在生態(tài)環(huán)境脆弱的南海使用極易導(dǎo)致島礁周邊珊瑚群死亡退化，生態(tài)系統(tǒng)崩潰。

微生物誘導(dǎo)方解石沉淀技術(shù)（Microbially Induced Calcite Precipitation，以下簡(jiǎn)稱 MICP）是一種新興的土體加固方法，其在土體力學(xué)改性、堤岸抗侵蝕、防治重金屬離子污染等多個(gè)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力（尹黎陽(yáng)等，2019）。目前主流的方法是通過(guò)向土體中注入尿素水解菌和含有鈣離子的膠結(jié)液，通過(guò)細(xì)菌代謝作用產(chǎn)生碳酸根離子并與鈣離子結(jié)合，在土體孔隙中形成碳酸鈣，進(jìn)而粘接土體，其主要反應(yīng)方程式如下：

其施工過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低廉、無(wú)生物化學(xué)毒性，同時(shí)在改善鈣質(zhì)砂的力學(xué)特性等方面也取得了良好的效果，能夠滿足南海島礁建設(shè)所要求的苛刻條件（劉漢龍等，2019；張?chǎng)卫诘龋?020）。業(yè)內(nèi)諸多學(xué)者針對(duì)MICP改性鈣質(zhì)砂做了深入的研究。如河海大學(xué)劉璐等（2016）系統(tǒng)研究了鈣質(zhì)砂膠結(jié)程度與單軸抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)之間的關(guān)系，其固化后的單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到2.3 MPa、356 kPa。重慶大學(xué)劉漢龍團(tuán)隊(duì)（劉漢龍等，2019）在南海某吹填島礁上開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)地基加固試驗(yàn)，經(jīng)多次MICP灌漿處理后，砂土表面強(qiáng)度可達(dá)20 MPa，單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)821 kPa。清華大學(xué)郭紅仙等（2019）利用拌和法固化鈣質(zhì)砂，其壓縮指數(shù)可降低0.10。張?chǎng)卫诘龋?020）利用MICP灌漿處理鈣質(zhì)砂，其抗液化能力有著較大幅度的提高，在受地震荷載后能夠有效降低地基沉降量。但在現(xiàn)階段， MICP技術(shù)處理后的試樣剛度和脆性過(guò)大，在達(dá)到峰值破壞強(qiáng)度后，試樣往往迅速崩碎，對(duì)工程安全極為不利。

近年來(lái)，部分學(xué)者將聚丙烯纖維和MICP聯(lián)合應(yīng)用于砂土的力學(xué)性質(zhì)改善，并取得了一定的效果。Consoli等（2011）根據(jù)一系列劈裂拉伸試驗(yàn)，證明了纖維和膠結(jié)材料共同作用能夠大幅提高土體的抗拉強(qiáng)度。Li等（2016）和Choi等（2016）將MICP技術(shù)與纖維加筋結(jié)合，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度超過(guò)2 Mpa。LYU等（2020）分別利用聚丙烯纖維、玄武巖纖維和碳纖維與MICP協(xié)同處理改善硅砂力學(xué)性能，其強(qiáng)度、韌性改善效果顯著。鄭俊杰等（2019）利用玄武巖纖維與MICP協(xié)同處理硅砂，在0.30%摻量、20 mm纖維長(zhǎng)度下試樣峰值抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值?？梢哉J(rèn)為，將MICP聯(lián)合纖維加筋技術(shù)應(yīng)用于土體力學(xué)性能改善，在理論上可以達(dá)到提高試樣強(qiáng)度、增強(qiáng)韌性、提高土體力學(xué)性能的目的，考慮到該方法應(yīng)用于鈣質(zhì)砂力學(xué)性能改性的研究尚不多見(jiàn)，因此提出將MICP技術(shù)與纖維加筋聯(lián)合應(yīng)用于改良鈣質(zhì)砂以提高鈣質(zhì)砂的強(qiáng)度和韌性，并通過(guò)無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)、掃描電鏡觀測(cè)等手段研究微生物與纖維結(jié)合改善力學(xué)強(qiáng)度的機(jī)理，探討不同纖維摻量對(duì)鈣質(zhì)砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度和破壞模式的影響。

1 材料和試樣養(yǎng)護(hù)方法

1.1 鈣質(zhì)砂及纖維

試驗(yàn)用砂為南海鈣質(zhì)砂，經(jīng)酸洗法測(cè)得碳酸鈣含量95.13%，鈣質(zhì)砂經(jīng)去離子水浸泡潤(rùn)洗并烘干24 h后過(guò)2 mm篩，其不均勻系數(shù)Cu=3.5，曲率系數(shù)Cc=1.14、D10=1.14、D30=0.2、D60=0.35 mm，詳細(xì)物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。根據(jù)《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50145-2007（中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2007），該砂為級(jí)配不良砂。試驗(yàn)用纖維為聚丙烯纖維（PP），其物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。

表1 鈣質(zhì)砂的物理力學(xué)性質(zhì)Table 1 Physical and mechanical properties of calcareous sand

表2 聚丙烯纖維物理力學(xué)性質(zhì)（唐朝生等，2009）Table 2 Physical and mechanical properties of polypropylene fiber（Tang et al, 2009）

其中，D60（mm）為控制粒徑，D30（mm）為顆粒百分含量小于30%的粒徑，D10（mm）為有效粒徑，Cu為均勻系數(shù)，Cc為曲率系數(shù)。

1.2 細(xì)菌培養(yǎng)

試驗(yàn)用細(xì)菌為巴氏芽孢八疊球菌（ATCC11859）（Sporosarcina pasteurii），菌株采購(gòu)于美國(guó)菌種保藏中心，采用ATCC 1376 NH4-YE液體培養(yǎng)基（每升含20 g酵母提取物，15.73 g Trisbase，10 g（NH4）2SO4， pH為9.0）活化培養(yǎng)。細(xì)菌接種前須經(jīng)30 min 120℃高溫蒸汽滅菌處理，接種后在轉(zhuǎn)速120 rpm/min，溫度30℃的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中活化培養(yǎng)24小時(shí)。測(cè)得脲酶活性為3.11 mmol/L/min，吸光度（OD600）為1.27 （對(duì)應(yīng)菌落數(shù)為3×108（CFU）mL-1)。固化樣品所需的膠結(jié)液成份為CaCl2（0.5 mol/L）、尿素（0.5 mol/L）及Nutrient broth（3.0 g/L）。

1.3 試樣膠結(jié)制備

試驗(yàn)采用圓柱打孔模具裝填試件（高74 mm，直徑37 mm，孔徑2 mm，外側(cè)包裹紗布），將鈣質(zhì)砂與纖維按預(yù)設(shè)纖維摻量（干砂重量的0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.40%，分別對(duì)應(yīng)S1-S8號(hào)）拌和均勻后裝樣，每組3個(gè)平行樣，控制干密度為1.26 g/cm3。所有砂柱均浸沒(méi)在細(xì)菌液中2小時(shí)，細(xì)菌定殖完成后將樣品轉(zhuǎn)移到含膠結(jié)液的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)時(shí)膠結(jié)液液面比樣品頂面高出3 cm（圖1）。利用氣泵不斷地向膠結(jié)液中通入空氣，30℃恒溫養(yǎng)護(hù)7天后，倒置樣品并風(fēng)干至自然含水率（約4%）。然后重復(fù)上述步驟，共進(jìn)行兩輪膠結(jié)固化，固化完成后拆模，除0.20%摻量的一件試樣未固化成形，其余 23個(gè)試樣均固化完整。樣品經(jīng)清水漂洗、自然風(fēng)干后待用。

圖1 浸泡膠結(jié)流程Fig. 1 Process of cementation

2 物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試

2.1 碳酸鈣含量測(cè)定

鈣質(zhì)砂本身含有大量碳酸鈣，無(wú)法使用熱重分析法和酸洗法測(cè)量碳酸鈣含量，因此采用稱重法計(jì)算，如式1：

式中，M1為MICP固化前樣品質(zhì)量（g），M2為固化后質(zhì)量（g），c為碳酸鈣含量（%）。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試

采用應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)儀，試樣在軸向應(yīng)變條件下（ASTM D2166）勻速受載，如圖2，加載速率1.0 mm/min，軸向應(yīng)力計(jì)算公式如下：

圖2 無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)儀Fig. 2 Unconfined compression tester

式中Δx為試驗(yàn)儀頂部量力環(huán)記錄的變形量（mm），α為量力環(huán)變形系數(shù)，A為橫截面表面積（mm2），σc為該時(shí)刻的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（Pa）。

同時(shí)通過(guò)試樣壓縮過(guò)程中記錄的位移D（mm），除以試樣本身長(zhǎng)度L（74 mm）可以得到試件軸向應(yīng)變?chǔ)牛?/p>

3 結(jié)果及分析

3.1 碳酸鈣含量分析

碳酸鈣含量如圖3所示，未摻纖維試樣S1的碳酸鈣平均含量最低，為21.18%，而纖維摻量0.40%的試樣S8碳酸鈣平均含量高達(dá)27.26%。所有纖維加筋砂柱的碳酸鈣含量均高于不加筋試樣S1，且隨纖維摻量的增加單調(diào)遞增。

圖3 各摻量試樣平均碳酸鈣含量Fig. 3 Average CaCO3 content in different fiber content

3.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

各纖維摻量下的平均峰值強(qiáng)度如圖4所示，可以看出，不摻纖維試樣S1無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比摻纖維組試樣明顯偏低，最低纖維摻量組（S1-0.05%）平均強(qiáng)度相比未摻纖維組提高了25.22 kPa，而最高纖維摻量組（S8-0.40%）平均強(qiáng)度是S1的2.74倍，表明聚丙烯纖維對(duì)于提升無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度具有積極的促進(jìn)作用。通過(guò)對(duì)比不同試驗(yàn)組的結(jié)果，證實(shí)MICP固化鈣質(zhì)砂無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨纖維摻量增加而呈單調(diào)增加的趨勢(shì)，且自0.15%摻量開(kāi)始，增幅越發(fā)明顯。同時(shí)，碳酸鈣含量隨著纖維摻量的增加而增加，表明纖維的加入有助于碳酸鈣的生成。通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn)（圖5a），除砂顆粒表面外，微生物還會(huì)隨機(jī)附著在纖維表面定殖，從而促進(jìn)更多碳酸鈣晶體的形成和發(fā)展（圖5b）。一般認(rèn)為，微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣含量是評(píng)價(jià)生物膠結(jié)固化效果的重要指標(biāo)，較高的強(qiáng)度通常來(lái)源于較高的碳酸鈣含量（Feng and Montoya 2016；Choi et al.，2017）。圖6印證了試樣的峰值抗壓強(qiáng)度與碳酸鈣含量呈正相關(guān)趨勢(shì)，證明纖維提高試樣峰值抗壓強(qiáng)度是通過(guò)促進(jìn)碳酸鈣的生成而實(shí)現(xiàn)的，纖維的摻入在為碳酸鈣提供成核位點(diǎn)，促進(jìn)碳酸鈣快速生成的同時(shí)，還能夠?qū)⑻妓徕}、砂顆粒、纖維粘接成整體，進(jìn)而提升試樣的抗壓性能。

圖4 各摻量試樣平均無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度Fig. 4 Average UCS in different fiber content

圖 5 微生物在纖維表面定殖及沉積碳酸鈣過(guò)程Fig. 5 Microorganism colonization and calcium carbonate deposition on fiber surface

圖6 碳酸鈣含量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系Fig. 6 Coupling between calcium carbonate content and UCS

3.3 剛度分析

MICP膠結(jié)鈣質(zhì)砂試件在壓縮初始階段具有一定的線彈性特征，其無(wú)側(cè)限抗壓應(yīng)力應(yīng)變特性與巖石相似，這里對(duì)反映試件剛度指標(biāo)的彈性模量E50進(jìn)行分析。圖7中點(diǎn)線圖為不同纖維摻量試樣對(duì)應(yīng)的彈性模量，隨纖維摻量的增大，試樣壓縮模量整體上呈現(xiàn)出較明顯的下降趨勢(shì)，纖維加筋試樣相比未摻纖維試樣的壓縮模量降低超過(guò)一半：0.00%和0.05%纖維摻量的彈性模量超過(guò)30 MPa，0.10%~0.40%纖維摻量試樣的彈性模量大幅下降，均值為13.74 MPa，降幅達(dá)60%，同時(shí)高纖維摻量下的彈性模量呈小幅度波動(dòng)上升趨勢(shì)。

圖7 纖維摻量對(duì)峰值強(qiáng)度、峰值應(yīng)變、彈性模量的影響Fig. 7 The effect of fiber content on peak strength, peak strain and compression modulus

3.4 韌性分析

韌性是衡量材料抵抗脆性破壞的重要指標(biāo)，該指標(biāo)通常用變形過(guò)程中和破裂前材料吸收的能量表示。將各摻量試樣在壓裂破壞前的應(yīng)力應(yīng)變曲線求積分，如圖8，可以看出，隨纖維摻量的增加，試樣在壓裂破壞前吸收的能量總體上呈增大趨勢(shì)，未摻纖維和低摻量試樣的能量明顯比高摻量試樣低許多，表明纖維的摻加顯著改善了MICP膠結(jié)試樣承受壓縮荷載時(shí)過(guò)脆易碎的特點(diǎn)，增強(qiáng)了試件韌性。高摻量試樣S8在破壞前吸收的能量是S1的11倍，而強(qiáng)度增長(zhǎng)較為明顯的S4試樣吸收的能量也達(dá)到了S1的2.2倍，說(shuō)明在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，纖維摻量的增加可以使試樣吸收能量的能力增強(qiáng)，其韌性提升效果也越發(fā)明顯，且在試驗(yàn)范圍內(nèi)，整體上纖維越多，試件韌性越強(qiáng)；0.10%摻量以下的試樣韌性變化趨勢(shì)不大，表明摻量過(guò)少時(shí)試件韌性的改善效果并不明顯。

圖8 各纖維摻量試件破壞前能量吸收比較Fig. 8 Comparison of energy absorption of specimens with different fiber content before failure

3.5 殘余強(qiáng)度分析

殘余強(qiáng)度指試件在單軸無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)中發(fā)生破壞后殘余的抵抗應(yīng)力。取12%應(yīng)變條件下的殘余強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)值，由圖9可知，試件殘余強(qiáng)度隨著纖維摻量的增加呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，證明纖維帶來(lái)的強(qiáng)度增加不僅僅局限于峰值應(yīng)力，而是試樣整體抗壓能力的提升。將試件破壞后的殘余強(qiáng)度qr與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu的比值定義為抗壓殘余峰值應(yīng)力比Irc：

圖9 殘余強(qiáng)度線性擬合Fig. 9 linear fitting of residual strength

抗壓殘余峰值應(yīng)力比Irc反映了試樣達(dá)到峰值強(qiáng)度破壞后抗壓強(qiáng)度的保持能力，即反映了試件的延性，其值越大，試樣的延性越好?；诖斯?，計(jì)算了纖維加筋MICP膠結(jié)鈣質(zhì)砂的峰值殘余強(qiáng)度比Ircc，圖10為各纖維限抗壓強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度和殘余峰值應(yīng)力比的對(duì)比關(guān)系，可見(jiàn)殘余峰值強(qiáng)度比Irc隨纖維摻量增長(zhǎng)呈近線性函數(shù)增長(zhǎng)，擬合公式為：

圖10 殘余峰值強(qiáng)度比線性擬合Fig. 10 linear fitting of residual peak strength ratio

式中x為纖維摻量。

3.6 無(wú)側(cè)限壓縮破壞模型

纖維加筋試樣的無(wú)側(cè)限抗壓曲線整體上呈現(xiàn)出明顯的“多峰特征”，曲線如同臺(tái)階一樣逐級(jí)上升到峰值應(yīng)力后逐級(jí)下降（圖11），選取S8試樣（纖維含量0.40%）的峰前和峰后兩段曲線放大詳細(xì)分析。

圖11 階梯式應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig. 11 Stepped stress-strain curve

曲線在峰前“階梯上升”階段應(yīng)力首先急劇上升到一個(gè)較小峰值后輕微下降，然后立即上升到一個(gè)新的高點(diǎn)，直至達(dá)到峰值應(yīng)力。這是由于軸向荷載增加導(dǎo)致試件在原先整體受荷的過(guò)程中，部分結(jié)構(gòu)較差的砂顆粒及砂—碳酸鈣混合物發(fā)生了微破碎，棱角和內(nèi)孔隙較多的大顆粒先被壓裂，砂和碳酸鈣之間的薄弱界面也被破壞，形成了小范圍的空間，累積應(yīng)力突然釋放，因而曲線出現(xiàn)短暫下降。然而這種擠壓只會(huì)在非常小的區(qū)域內(nèi)發(fā)生，并且不會(huì)影響樣品的整體承載能力，碎屑被重排和壓實(shí)后應(yīng)力將繼續(xù)上升（圖12）。在峰后破壞階段，宏觀應(yīng)力應(yīng)變曲線總體上呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，但局部會(huì)出現(xiàn)大量強(qiáng)度短暫增加然后下降的“階梯下降”曲線特征段，這是由于在試樣破壞過(guò)程中會(huì)不斷形成剪切破壞面這些破壞面的發(fā)展導(dǎo)致了試樣強(qiáng)度的不斷下降，但纖維的存在可以限制破壞面的發(fā)展并承受荷載，從而使應(yīng)力短暫回升。隨著纖維承受的拉應(yīng)力不斷增加，一旦超過(guò)纖維—碳酸鈣—砂顆粒之間的界面強(qiáng)度后，平衡即被打破，破壞面進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。但隨著應(yīng)變繼續(xù)增大，剩余的纖維重新發(fā)揮作用，繼續(xù)限制破壞面的擴(kuò)展。圖13即為掃描電鏡下纖維牽拉相鄰顆粒膠結(jié)團(tuán)塊時(shí)碳酸鈣、砂顆粒對(duì)其強(qiáng)烈摩擦形成的磨損。纖維在試樣受壓破壞開(kāi)裂后能夠在剪切裂隙面上發(fā)揮牽拉作用，類似“橋”一樣連接裂隙兩側(cè)，在抑制裂隙擴(kuò)展的同時(shí)為試件提供一定的殘余強(qiáng)度。纖維的牽拉能力與裂隙斷面上纖維的數(shù)量有關(guān)，因此在無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)中MICP膠結(jié)試樣的殘余強(qiáng)度與纖維摻量呈正相關(guān)趨勢(shì)。聚丙烯纖維的末端被砂顆粒和微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣包裹，像“錨頭”一樣牢牢地卡在砂粒之間孔隙中，從而成纖維-碳酸鈣-砂顆粒的組合體（圖14），纖維受到“錨頭”固定而牽拉限制了相鄰砂塊體的移動(dòng)，從而增強(qiáng)了牽拉作用。

圖12 峰前曲線階梯上升模式機(jī)理示意圖Fig. 12 Schematic of mechanism of pre peak-ladder rising mode

圖14 錨頭式組合示意圖Fig. 14 Anchor type combination

4 結(jié)論

提出利用MICP與纖維加筋聯(lián)合改性鈣質(zhì)砂的力學(xué)性能，重點(diǎn)分析了不同纖維摻量對(duì)其力學(xué)性能的影響，并基于微觀結(jié)構(gòu)和示意模型，探討了聚丙烯纖維加筋的增強(qiáng)機(jī)理。主要結(jié)論如下：

（1）纖維加筋與MICP技術(shù)相結(jié)合，可顯著提高微生物固化鈣質(zhì)砂的力學(xué)性能，且纖維摻量大于0.15%的試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度均較未摻纖維試樣大幅提高，這對(duì)提高工程安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。

（2）纖維的摻入除了發(fā)揮自身的牽拉能力外，還能夠增加產(chǎn)尿酶細(xì)菌的定殖面積，有利于提升碳酸鈣的沉淀效率。纖維含量在0.00%~0.40%的范圍內(nèi)時(shí)，試樣的碳酸鈣含量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度整體上與纖維摻量呈正相關(guān)趨勢(shì)。

（3）纖維的加入能夠提高M(jìn)ICP固化鈣質(zhì)砂試樣的韌性和延性，并顯著改善試樣脆性破壞的特點(diǎn)，試驗(yàn)范圍內(nèi)纖維摻量越高，改善效果越好。且纖維的摻入量與延性指標(biāo)呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，與試樣的韌性指標(biāo)呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。

（4）應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)階梯狀多峰特征。在峰前“階梯上升”階段，鈣質(zhì)砂顆粒和砂—碳酸鈣混合物受壓后會(huì)發(fā)生局部破碎，但并不影響其可承受應(yīng)力的提升，破碎顆粒經(jīng)重排壓實(shí)后試樣可繼續(xù)承力直至完全破壞；在峰后“階梯下降”階段，碳酸鈣的膠結(jié)作用提高了纖維與砂粒的界面力學(xué)強(qiáng)度，增強(qiáng)了纖維的抗拔性能，使得試樣在破壞時(shí)不斷受到纖維牽拉作用的限制，這是纖維加筋對(duì)試樣韌性、延性提升的根本原因。