鄭東輝

（東莞市交業(yè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，廣東 東莞 523125)

0 引言

水泥土材料強(qiáng)度較高、施工簡(jiǎn)便、原料來(lái)源方便，可用作道路、鐵路等工程中的路基填料，但水泥土在實(shí)際工程應(yīng)用中，易遭受水的侵蝕破壞，導(dǎo)致其力學(xué)性能和穩(wěn)定性降低，影響實(shí)體工程正常使用壽命[1-2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)外摻纖維的方式改善了水泥土材料的技術(shù)性質(zhì)，使其更好地滿足工程性能要求。陳猛[3]研究表明，玄武巖纖維摻量為0.3%的水泥土干濕或凍融后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大，耐久性最優(yōu)；張潔[4]研究表明，聚丙烯纖維摻量在0%～0.3%范圍內(nèi)，纖維加筋水泥土干濕循環(huán)后的質(zhì)量損失及強(qiáng)度損失均降低，耐干濕穩(wěn)定性提高。盡管現(xiàn)階段已取得較多有關(guān)纖維改善水泥土的研究成果，但大多集中于其力學(xué)性能方面的改善，而關(guān)于纖維改善水泥土水穩(wěn)定性能方面的研究則較為欠缺。鑒于此，本文選用玻璃纖維加筋水泥土，通過(guò)室內(nèi)飛散試驗(yàn)研究纖維摻量及長(zhǎng)度對(duì)水泥土水穩(wěn)定性的影響規(guī)律，為實(shí)體工程提供數(shù)據(jù)支撐。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

本文中的土樣選自某地高液限黏土，取土深度為1.5m～4m，技術(shù)性質(zhì)如表1所示。水泥選用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其比表面積為343m2·kg-1，燒失量為1.01%，初凝時(shí)間為136min，終凝時(shí)間為249min，3d、28d抗壓強(qiáng)度分別為26.9MPa、51.2MPa，3d、28d抗折強(qiáng)度分別為5.7MPa、8.5MPa。選用直徑為12μm的玻璃纖維（GF），密度為2.47g·cm-3，抗拉強(qiáng)度為1300MPa，彈性模量為82GPa，斷裂伸長(zhǎng)率為5.3%。

表1 土樣技術(shù)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方案

基于水環(huán)境作用下的水泥土力學(xué)強(qiáng)度降低和整體穩(wěn)定性減弱，結(jié)合水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律及影響因素，采用外摻玻璃纖維的方式，通過(guò)室內(nèi)飛散試驗(yàn)研究玻璃纖維摻量及長(zhǎng)度對(duì)水泥土水穩(wěn)定性影響規(guī)律。試驗(yàn)中，擬水泥摻量為4%；擬玻璃纖維摻量為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%，長(zhǎng)度為6mm、9mm、12mm、20mm；擬養(yǎng)生齡期為90d。根據(jù)水泥土室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用靜壓法成型最佳含水率的Φ100×h100mm玻璃纖維水泥土試件，壓實(shí)度為96%。試件成型完畢后，用塑料薄膜包裹，置于溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生室，養(yǎng)生至規(guī)定齡期。每組試驗(yàn)成型6個(gè)試件。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中瀝青混合料飛散試驗(yàn)方法，選用洛杉磯磨耗試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)定90d齡期下玻璃纖維加筋水泥土浸水前后的飛散損失，旋轉(zhuǎn)速率為30r/min，旋轉(zhuǎn)300r。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 纖維長(zhǎng)度影響

纖維長(zhǎng)度對(duì)水泥土飛散損失的影響如圖1所示。

圖1 纖維長(zhǎng)度對(duì)水泥土飛散損失影響

由圖1可知，同一養(yǎng)生條件下，不同玻璃纖維摻量的水泥土飛散損失與纖維長(zhǎng)度變化曲線形狀相近，隨纖維長(zhǎng)度增加，水泥土飛散損失先降低后提高，在纖維長(zhǎng)度為9mm時(shí)，其飛散損失取得最小值，即水穩(wěn)定性最優(yōu)。其中，纖維摻量為0.3%的水泥土飛散損失最小，纖維摻量為0.1%、0.3%的水泥土飛散損失相當(dāng)，纖維摻量為0.7%的水泥土飛散損失最大。這是因?yàn)槔w維長(zhǎng)度較少時(shí)，纖維能夠較好地發(fā)揮加筋作用，增強(qiáng)土體穩(wěn)定性，隨著纖維摻量增加，土體內(nèi)纖維分布紊亂，纖維加筋作用減弱，土體穩(wěn)定性降低，故其飛散損失增大。

鑒于同一纖維摻量的水泥土浸水前后飛散損失曲線形狀相近，以纖維水泥土浸水飛散損失試驗(yàn)結(jié)果為例，分析纖維長(zhǎng)度對(duì)水泥土飛散損失的影響規(guī)律。纖維長(zhǎng)度由6mm增加至9mm，不同纖維摻量的水泥土浸水飛散損失降低相當(dāng)，約為2.8%；纖維長(zhǎng)度超過(guò)9mm后，當(dāng)纖維摻量為0.1%、0.3%和0.5%時(shí)，水泥土浸水飛散損失隨纖維長(zhǎng)度增加呈線性提高，且提高速率相當(dāng)，纖維長(zhǎng)度每增加1mm，纖維水泥土浸水飛散損失提高1.6%。另外，纖維長(zhǎng)度為20mm、摻量為0.7%的水泥土浸水飛散損失為88.78%，高于素水泥土浸水飛散損失，說(shuō)明纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)或過(guò)多時(shí)，不利于纖維水泥土水穩(wěn)定性。

2.2 纖維摻量影響

纖維摻量對(duì)水泥土飛散損失影響如圖2所示。

圖2 纖維摻量對(duì)水泥土飛散損失影響

由圖2可知，同一養(yǎng)生條件下，纖維摻量對(duì)不同玻璃纖維長(zhǎng)度的水泥土飛散損失影響規(guī)律相近，隨纖維摻量增加，水泥土飛散損失先降低后提高。其中，浸水飛散損失變化較明顯，在纖維摻量為0.3%時(shí)，纖維水泥土飛散損失取得最小值。這是因?yàn)樗嗤两螅湓诤奢d等外部環(huán)境作用下結(jié)構(gòu)整體性和土體密實(shí)性降低，致使其水穩(wěn)定性減弱。同時(shí)，隨纖維摻量增加，土體內(nèi)纖維分布由均勻向紊亂狀態(tài)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其纖維加筋作用減弱，故纖維摻量較高時(shí)，水泥土飛散損失隨之提高。

以纖維水泥土浸水飛散損失試驗(yàn)結(jié)果為例，分析纖維摻量對(duì)水泥土飛散損失的影響規(guī)律。水泥土摻入玻璃纖維后，其浸水飛散損失降低顯著，纖維摻量為0.1%的水泥土浸水飛散損失較素水泥土降低5.6%以上。其中，纖維長(zhǎng)度為9mm的水泥土浸水飛散損失降低效果最顯著，纖維長(zhǎng)度為6mm的水泥土次之。纖維摻量由0.1%增加至0.3%，水泥土浸水飛散損失約降低2.6%；纖維摻量由0.3%增加至0.7%，纖維長(zhǎng)度6mm、9mm的水泥土浸水飛散損失與纖維摻量呈線性正相關(guān)關(guān)系，纖維摻量每增加0.1%，水泥土浸水飛散損失約提高1.7%；而纖維摻量由0.5%增加至0.7%，纖維長(zhǎng)度12mm、20mm的水泥土浸水飛散損失提高較顯著，約提高11.2%。

3 結(jié)束語(yǔ)

不同玻璃纖維摻量的水泥土飛散損失隨纖維長(zhǎng)度增加呈先降低后提高的趨勢(shì)，纖維長(zhǎng)度為9mm的水泥土飛散損失最小，纖維長(zhǎng)度超過(guò)9mm后，當(dāng)纖維摻量為0.1%、0.3%和0.5%時(shí)，水泥土浸水飛散損失隨纖維長(zhǎng)度增加呈線性提高，纖維長(zhǎng)度每增加1mm，纖維水泥土浸水飛散損失提高約1.6%。

隨玻璃纖維摻量增加，不同纖維長(zhǎng)度的水泥土飛散損失呈先降低后提高的趨勢(shì)，纖維摻量0.3%的水泥土飛散損失最小，纖維摻量由0.1%增加至0.3%，水泥土浸水飛散損失約降低2.6%；纖維摻量由0.3%增加至0.7%，纖維長(zhǎng)度6mm、9mm的水泥土浸水飛散損失提升較小，纖維長(zhǎng)度12mm、20mm的水泥土飛散損失提升較顯著，約為11.2%。