混合纖維改良紅黏土性質試驗研究

李穎 粟梅 李繼愛

（六盤水師范學院礦業與土木工程學院，貴州六盤水 553004）

0 引言

紅黏土是碳酸鹽巖類風化的產物，具有高含水率，遇水膨脹、失水收縮等特點[1]。在貴州，紅黏土的發育極其典型且遍布全省，是工業與民用建筑主要的天然地基，另外，紅黏土與其邊坡工程及巖溶生態環境的改善密切相關。因此，紅黏土的強度規律研究顯得尤為重要，為滿足貴州西南地區的修建高速公路與高速鐵路等建筑信息工程建設項目在紅黏土地區開展的需求，將對紅黏土進行改良設計，分析其物理力學性質[4]，為工程實踐提供理論依據。

1 試驗研究材料選取及試驗設計

1.1 試樣原材料選取

試驗取用土樣來自六盤水師范學院龍山校區模苑地區的紅黏土，土體呈褐紅色，土質均勻，無碎石等雜質，具有一定的代表性。其主要含量有鋁，鋁鐵和氧化硅膠結。風化程度較高，礦物成分含量豐富。

試驗選用的玄武巖纖維由玄武巖礦物熔融拉絲而成，具有環境污染小、彈性模量大、抗拉強度高、成本低等優點[2]。

試驗選用聚丙烯腈纖維，它具有良好的親和性[3]。

1.2 試驗設計

將不同比例的混合纖維摻入制備的土樣中，比例分別為0%、3%、6%、9%、12%。當含水率都為27.74%時，按不同比例平行制樣，為減小誤差，須嚴格按照標準進行固結試驗[4]。

固結試驗：固結試驗的土樣制備需要嚴格控制，并測定其土樣的密度，抽取一定量的土樣用于測定含水率。試驗過程中為防止土樣水分蒸發影響試驗結果，需將玻璃片蓋住環刀兩端。將帶有土樣的切土環刀固定在固結儀的固結容器中，確保土樣試件準確放在加載中心并與固結容器的各部件之間良好接觸。按照50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的順序依次加壓。根據試驗結束后得出數據和計算公式，得到試驗土樣的初始孔隙比、孔隙比、壓縮系數和壓縮模量的值。

2 試驗結果和分析

不同比例摻入量的混合纖維對紅黏土的孔隙比影響關系如圖1所示。

在摻入不同比例下混合纖維對紅黏土的壓縮系數和壓縮模量影響關系曲線圖，分別見圖2、圖3。

圖3 混合纖維不同比例摻入量與壓縮模量關系圖

結果分析：

（1）通過以上實驗數據可以得出，混合纖維摻入量的不斷增加，抗壓強度逐漸增大。由圖1 不難看出，加入不同摻量后，在受同一級的壓力荷載時的孔隙比值差距相差不大[5]。

圖1 不同比例摻入量下垂直壓力與孔隙比的關系圖

（2）從圖2 可得，隨著混合纖維摻入量的增加，紅黏土的壓縮系數呈先減小后增大的趨勢，在6%時，壓縮系數取得最小值，由此可以說明，隨著壓縮系數變小，土的壓縮性也跟著變小。其中最有利于降低紅黏土壓縮性的混合纖維摻量為6%；當摻入的混合纖維量為6%～12%時，壓縮系數呈上升趨勢，且當混合纖維的摻入量達到12%時再次達到峰值，為最大值。根據壓縮系數的數據和相關標準規范，0%和12%的壓縮系數大于0.5，為高壓縮性土，3%到9%的壓縮系數均低于0.5 且大于0.1，為中壓縮性土。

圖2 混合纖維不同比例摻入量與壓縮系數的關系圖

（3）從圖3 得知，本次試驗研究的紅黏土的壓縮模量隨著混合纖維摻入量的增加，呈現先增大后減小的趨勢，在混合纖維摻入量為6%時達到峰值，取得極大值，此時對應的混合纖維摻入量最有利于降低土的壓縮性。在混合纖維摻入量為0%到6%之間，壓縮模量呈上升趨勢，但變化較小；在混合纖維摻入量為6%到12%之間，壓縮模量變小，且變化相對較大。

3 結論

通過此次混合纖維對紅黏土的抗壓強度的實驗研究發現。當含水量一定時，混合纖維的加入一方面可以有效的降低紅黏土體的壓縮系數，提高土體的壓縮模量；提高紅黏土的抗壓強度，另一方面可以減少土體的側向鼓脹變形量。在混合纖維摻入量為0%到6%中，紅黏土的壓縮模量明顯得到提高，即提高了紅黏土的抗壓強度，并在混合纖維摻入量為6%時，壓縮模量取得最大值，此時的土體為中壓縮性土；而當摻入混合纖維的量為大于6%時，土體壓縮模量呈變小趨勢，在12%時由中壓縮性土變為了高壓縮性土。因此，混合纖維摻入量為6%時，為最佳的改善土樣壓縮性摻量。