纖維固化土的強度影響因素研究

李圣君+李海軍+張巖

摘要：通過對固化土進行強度試驗，在最佳固化劑摻量的條件下，以摻加纖維的固化土與未摻加纖維的固化土在不同的養生齡期下進行強度分析。根據圖表數據對比，得出結論：固化土的抗壓強度隨固化劑的摻量增加而增加，并通過分析，確定10%的固化劑摻量為最佳摻量；養生齡期與抗壓強度的增強是同步的，但主要前期強度增加較大，后期強度增加較小；纖維固化土的抗壓強度，主要是隨著固化劑摻量以及齡期的增加而增強，但與未摻加纖維的條件相比，在養生齡期的前期，強度增加較高，但后期強度增加較小；固化土加入纖維后，試件抗拉性能增加了93%，滿足基層要求。

關鍵詞：纖維固化土；固化劑摻量；強度試驗；影響因素

0引言

在我國公路建設中，尤其以西北部地區為主，常以風沙土做為穿沙公路建設中的筑路材料。但由于風沙土自身強度較低，穩定性較差，一般需摻加固化劑到風沙土中，通過固化劑與風沙土的結合，改變其內部結構和性質，來提高風沙土的強度和穩定性。不過一般也只做為高等級公路的底基層，主要原因是固化土的縮裂情況較為嚴重，容易產生反射裂縫，對公路的路用性造成影響較大。為了滿足實際路用性的更高要求，減少反射性裂縫產生，可以考慮摻加加筋材料等方面來考慮，即可以通過向固化土材料中摻入少量聚酯纖維形成的纖維固化土來改善材料的抗裂性能，進而增加強度。同時，固化劑的摻量不同，纖維固化土的結構特性也不同，必然也會影Ⅱ向纖維固化土的強度。

本文旨在通過強度試驗，分別以固化劑摻量，摻加纖維與否與養生齡期等條件對固化土強度的影Ⅱ向進行研究，得出強度達到最優時固化劑的最佳摻量：抗壓強度與養生齡期的關系以及外摻纖維對固化土強度的影Ⅱ向。

1固化劑摻量影響

1.1原材料性質

本試驗采用取自內蒙古庫布其沙漠中的風沙土，對土樣進行相關的物理性質試驗，根據JTG E40-2007《公路土工試驗規程》規定的技術指標，通過試驗驗證，其各性質均滿足試驗規程要求。

本試驗所選用的固化劑為PX固化劑，PX固化劑屬于P系列土壤固化劑中的一種，為多種表面活性劑的復配產品，采用電離子原理減薄土壤顆粒外吸附的水膜厚度，經外力壓實，使土壤顆粒固結產生永久性疏水的板體結構。這種結構會使水的二次進入困難，致使土壤穩定，不再出現濕陷和凍裂現象。

1.2抗壓強度與養護齡期的關系

強度試驗采用無側限抗壓強度試驗，在試驗過程中，在試驗過程中，保持加荷速率約為1mm/min，能夠保證試件的不斷變形。記錄試驗中產生的最大破壞壓力P（N）與應變8的相關數據。將最終計算得到的抗壓強度列于表1。

由表1可知，在不同養生齡期條件下，試件固化劑摻量的多少與抗壓強度大小具有一定的變化關系，圖1為進一步得到固化劑摻量與抗壓強度的關系圖。

由圖1可以看出，隨著固化劑摻量的增加，其強度也隨之增加，以4%到6%為例，當固化劑摻量由4%增加到6%時，7d的抗壓強度由0-360MPa增加到0.441MPa，28d齡期的抗壓強度由0.693MPa增加到0.826MPa，抗壓強度的增加速度較小。由圖像整體可知，隨著固化劑摻量的增加，抗壓強度也隨之增加，表現為初期增加的較小，中期增加的較大，后期增加的逐漸減小，在28d時，增長趨勢會出現先增加后減小的現象。所以很容易可以看出，固化劑的摻加勢必會增加固化土的抗壓強度，但會有峰值，在齡期為28d時，固化土在固化劑摻量為10%時的抗壓強度達到最高，固化效果最好。

從表1中可以看出，其抗壓強度與養護齡期具有一定相互關系，因此選取6%和10%摻量的試件，在養護齡期分別為7d、14d、21d、28d的條件下，抗壓強度和養護齡期之間的關系。如圖2所示。

由圖2可以得出在同種固化劑摻量的條件下，其抗壓強度隨齡期的增加而增加。摻量為6%時，7d的抗壓強度由0.441MPa增加到14d的0.799MPa，增加81%，21d的抗壓強度由0.749MPa增加到28d的0.826MPa，增加了10%，7d到14d增加的幅度比較大，21d到28d增加的幅度比較小，說明后期的強度增加的比較慢。摻量為10%時，養護齡期從7d到14d時，強度從0.662MPa到1.069MPa，強度增加量為61.5%，養護齡期從21d到28d時，強度從1.320MPa到1.996MPa，強度增加量51.2%，7d到14d增加的幅度較大，21d到28d增加的幅度較小，則可以看出后期強度增加的較慢：而在同一養護齡期下，固化劑摻量為6%與摻量為10%的強度相比，隨著摻量的增加，固化土的抗壓強度也隨之增加。所以，隨著齡期的逐漸增加，抗壓強度也逐漸增強，而在養護前期，強度增加的幅度較大，但后期強度增加幅度較小。

1.3固化劑最佳摻量

由圖2中可以看出：在摻量為10%處，曲線到達峰值，而在未達到峰值之前，試件的抗壓強度增長明顯。但在峰值之后，固化劑摻量雖然增加，但抗壓強度增長減緩。在14d、28d的齡期條件下，抗壓強度在固化劑摻量10%以后開始逐漸下降。總體表現為先增加后減少的趨勢。因此，固化劑摻量為10%時，抗壓強度達到最大，即固化劑最佳摻量為10%。圖3為最佳摻量狀態下抗壓強度的增長趨勢圖。

分析圖中的增長趨勢線可以得出：抗壓強度與養護齡期呈二次曲線關系：

R——固化土試件無側限抗壓強度，MPa：

t——固化土試件養護齡期，d。

經過分析可以得出：固化土試件不僅在早期具有較高的抗壓強度，而且在后期也具有較高的增長速率，固化效果也較為顯著。

而從實際道路所用材料進行分析，無機結合料穩定基層主要有：水泥穩定土、石灰穩定土、石灰工業廢渣穩定土。表2為常用的無機結合料作為底基層的抗壓強度標準。

規范規定石灰工業廢渣穩定土用于高速和一級公路底基層時，7d強度標準是≥0.6（MPa），而摻加10%固化劑固化風沙土無側限抗壓強度值滿足石灰工業廢渣穩定土7d強度標準，所以選摻10%固化劑的固化土進行固化土底基層試驗研究同樣滿足道路工程要求。endprint

2纖維摻量影響

本文采用的纖維為“BT-X”系列單絲，主要物理力學指標如表3。

2.1纖維拌合工藝

纖維摻率的大小對材料的力學性能有一定的影響。當在材料中摻入的纖維體積為2%時，材料性質達到最佳的狀態。所以采用體積摻量為2%的纖維，采用良好的摻拌工藝，直接摻入到固化土，具體摻拌工藝可以采用：“先干拌、再濕拌、再悶料”的順序。盡量將纖維充分摻拌到固化劑中，采取少量多批次和加長攪拌時間的措施，使攪拌盡量均勻。摻拌工藝如圖4。

2.2抗壓強度與養護齡期的關系

由表l中可以看出，抗壓強度與養護齡期的關系具有一定規律，因此選取6%和10%的試件，在養護7d、14d、21d、28d的條件下，探討抗壓強度與養護齡期的關系。如圖5。

由圖5所示：抗壓強度隨養護齡期的不斷增加而增加，固化劑摻量較小時，其抗壓強度的變化率也較小：但是當摻量一旦升高，其抗壓強度也相應增強，變化率也顯著，雖然在21d時出現波動，但沒有出現增加后又減小的現象。

2.3摻加纖維影響

如圖6為加纖維與不加纖維兩種情況的比較圖，強度變化都呈現先逐漸增加后減小的規律，但在10%處，加入纖維后的強度比不加纖維的強度有較大增加，后期28d強度由1.996Mpa增加到2.189Mpa強度增加了10%。養護7d的強度，增加了47.1%，達到了0.974Mpa。表4為滿足石灰工業廢渣穩定土基層強度要求。由表中規范可知，摻加纖維后，其強度滿足基層要求。

3結語

本文研究了固化土的抗壓強度與固化劑摻量、養護齡期等關系，并對固化土中摻入纖維和不摻加纖維兩種情況分別進行無側限抗壓強度試驗。由試驗結果得到以下結論：

①固化土的抗壓強度隨固化劑摻量的增加而增加，摻量越高，強度也隨之增高，在10%處出現峰值：隨著齡期的增加，抗壓強度也逐漸增強，但后期強度增加的幅度較小。

②固化土中加入纖維的情形下，抗壓強度隨固化劑摻量和齡期的增加而增強，與未加的情況相比，養護前期的強度有所提高，但后期的強度，增加量較小。

③固化土中摻加纖維后，試件抗拉性能得到較大的提高，相對增加了93%。

④通過抗壓強度試驗結果，確定10%的固化劑摻量為最佳固化劑摻量。10%固化劑摻量的固化土可以滿足公路底基層使用要求。

⑤通過纖維固化土的試驗結果可以得出：在纖維采用體積摻量為2%的條件下，固化劑摻量為10%的纖維固化土強度滿足基層要求，應該進一步考慮層間結合問題。endprint