基于玄武巖纖維加筋水泥土的水穩定性評價分析

摘要 為提升玄武巖纖維加筋水泥土的改良效果，保證加筋水泥土水穩定性能，文章通過浸水及干濕循環試驗，系統分析了不同玄武巖纖維配比、長度條件下加筋水泥土水穩定性能的變化規律。結果顯示，（1）水泥土中摻加玄武巖纖維后，其水穩定性能得到大幅度提升，并且加筋水泥土養護時間越長，其水穩定性能越好；（2）加筋水泥土養護時間達到28d時，其水穩系數高達43.0%，其中纖維配比為0.3%條件下加筋水泥土的水穩性能最佳。

關鍵詞 公路工程項目；水泥土；浸水試驗；干濕循環試驗

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0189-03

0 引言

水泥土作為一種常用的路基填筑材料，具有獲取方便、承載性強等優點，但其水穩性能相對較差，工程實踐中通常采取摻加玄武巖纖維的方式對其實施改良處理，以有效增強路基的抗水損能力[1]。目前，針對玄武巖纖維加筋水泥土改良處理的研究眾多，但主要集中于提升水泥土力學特性方面，而對于水穩性能方面的研究極為少見[2]。為此，該文通過相關試驗，系統分析了玄武巖纖維加筋水泥土的水穩定性能，對提升路基填筑質量，保證公路運行安全具有重要意義。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

土樣選用黏性土，埋深為1.5～4.0 m；水泥采用強度等級P.042.5級的普通水泥，纖維材料為優質玄武巖纖維，經檢測各種材料相關技術指標均符合標準要求。

1.2 試驗方案

方案設計：水泥土在浸水條件下承載性能及穩定性顯著下降，根據水泥土力學特性變化規律，通過摻加玄武巖纖維對其實施改良處理，以有效增強其水穩性能，并采用浸水及干濕循環試驗對其改良效果實施評定。該研究水泥用量控制在4.0%，纖維配比依次取0.1%、0.3%、0.5%、0.7%，規格分別為6.0 mm、9.0 mm、12.0 mm、20.0 mm；養護時間分別為7 d、28 d和90 d[3]。

試件制備及養生：按照相關標準要求制備規格為φ100×h100 mm的玄武巖纖維加筋水泥土標準構件，壓實度不低于96%；構件制備完成后，將其放入標養箱內進行養護。各項試驗制備2組試件，每組3塊。

性能測試：（1）浸水試驗：根據現行《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG 3441—2024）相關規定，通過壓力試驗機WAW-100，對各養護時間下浸水24 h及未浸水構件的抗壓強度實施檢測，并根據檢測結果對其水穩定性能實施評定。（2）干濕循環試驗：構件養護時間達到標準期限前24 h，稱取構件重量，記為m0，在水中浸泡24 h后實施干濕循環試驗；當循環遍數符合設計要求后，稱取構件重量m，并檢測構件的殘余強度，求出殘余強度比[4]。

2 試驗結果與分析

2.1 浸水試驗

纖維長度影響：通過試驗檢測獲得不同纖維長度下加筋水泥土水穩系數的變化規律，如圖1所示：

從圖1可以看出：（1）當纖維長度增大時，各纖維配比及養護時間下的加筋土水穩系數相差不大，纖維配比0.3%條件下加筋水泥土的水穩系數基本不變；當養護時間達到28 d時，加筋水泥土水穩系數高于43.0%，并且當纖維長度為9.0 mm條件下，纖維配比為0.1%、0.5%、0.7%的加筋水泥土水穩性能達到最大。（2）纖維配比為0.3%、長度為12.0 mm的條件下，加筋水泥土的水穩性能達到最大，其根本原因在于纖維較短時，更加容易分布均勻，能夠和水泥土形成一網狀構造，因此在水體作用下加筋水泥土的強度更高，整體性較強。（3）當纖維長度過長時，攪拌難度較大，容易出現拌和不均、纏繞成團的現象，降低纖維與水泥土之間的結合效果，因此加筋水泥土在水體作用下的強度大幅度下降，水穩系數顯著降低[5-7]。

纖維配比：通過試驗檢測獲得不同纖維配比下加筋水泥土水穩系數的變化規律，如圖2所示：

從圖2可以看出：（1）摻加玄武巖纖維后，水泥土水穩系數顯著增大，增幅高達10.6%以上，主要原因在于纖維韌性較好，能有效改善水泥土的力學性能，防止產生拉裂縫，而當纖維配比過大時，其均勻性顯著降低，造成加筋效果下降，因此當纖維配比達到標準值后，加筋水泥土的水穩性能逐漸下降。（2）養護時間超過28d時，纖維配比為0.3%條件下的水泥土水穩系數達到最大，且配比逐漸增大時，20.0 mm長的纖維加筋水泥土水穩系數下降最快，與0.7%纖維配比下的水泥土相比，其水穩系數下降幅度為2.0%。

2.2 干濕循環試驗

通過對纖維配比為0.3%條件下的水泥土實施干濕循環檢測得出，當循環遍數相同、養護時間不同的條件下，水泥土殘余強度受纖維長度影響較小；當養護時間不超過28d時，養護時間越長，加筋水泥土的殘余強度比越小，在循環遍數達到7遍時，加筋水泥土的殘余強度比下降最為顯著，降幅高達30.0%[8]。

纖維長度：通過干濕循環試驗獲得不同纖維長度下加筋水泥土殘余強度比的變化規律，如圖3所示：

從圖3可以看出：當纖維長度逐漸增大時，加筋水泥土的殘余強度比變化不大；當其長度從6.0 mm增大到20.0 mm時，加筋水泥土養護28 d、90 d時的殘余強度比降幅依次為3.5%、1.8%，表明纖維長度對加筋水泥土殘余強度比的影響較小。

（2）循環遍數：通過干濕循環試驗獲得不同循環遍數下加筋水泥土殘余強度比的變化規律，如圖4所示：

從圖4可以看出：養護時間相同條件下，循環遍數越多，水泥土殘余強度比越小，并且下降幅度基本相同；相較于養護時間90 d的水泥土，養護時間為28 d的加筋水泥土的殘余強度比下降幅度較大，循環遍數超過15遍時，加筋水泥土在養護28 d、90 d時的殘余強度比分別為54.2%、58.8%，根本原因在于經干濕循環處理后，水泥土密實度下降，因此其殘余強度比出現下降；如養護時間為90 d時，在循環遍數不超過3遍的條件下，加筋水泥土的殘余強度比下降速率較快，降幅為11.5%；在循環遍數為3～9遍的條件下，循環遍數越多，加筋水泥土的殘余強度比越小，且循環遍數每增加1遍，其殘余強度比下降3.4%；而當循環遍數為10～15遍的條件下，隨循環遍數的增多，其殘余強度比下降速率逐漸變緩，循環遍數每增加1遍，其殘余強度比下降1.5%，主要是由于隨循環遍數的增加，加筋水泥土的密實度不再發生變化。

3 結語

綜上所述，該文通過浸水及干濕循環試驗，系統分析了玄武巖纖維配比、長度對加筋水泥土水穩定性能的影響，具體結論如下：

（1）水泥土中摻加纖維后，其水穩定性能得到大幅度提升，并且加筋水泥土養護時間越長，其水穩定性能越好；相較于養護時間7 d的條件下，養護時間28 d的加筋水泥土水穩系數提升10.7%左右。

（2）纖維長度增大時，各纖維配比及養護時間下的加筋土水穩系數相差不大，養護時間28 d的條件下，其水穩系數高達43.0%；纖維配比0.3%的條件下，加筋水泥土水穩性能最佳。

（3）干濕循環狀態下，養護時間為28 d的加筋水泥土殘余強度比下降幅度較大，超過28 d后降幅減小。

（4）纖維長度變化基本不會對加筋水泥土水穩定性造成影響，當其長度從6.0 mm增加到20.0 mm的條件下，加筋水泥土養護28 d時的殘余強度比降幅為3.5%。

（5）養護時間相同條件下，循環遍數越多，水泥土殘余強度比越小，并且下降幅度基本相同，且養護時間28 d條件下的水泥土殘余強度下降速率最大。

參考文獻

[1]陳猛.玄武巖纖維水泥土填料抗壓強度及耐久性研究[J].合成材料老化與應用， 2020（4）：99-103.

[2]陳晉華.玄武巖纖維在橋梁抗裂中的應用研究[J].合成纖維， 2023（1）：20-23.

[3]楊偉濤.玄武巖纖維在重載路面養護中的應用[J].中國公路， 2022（12）：104-105.

[4]葉松.玄武巖纖維在瀝青路面中的應用[J].中國建筑裝飾裝修， 2022（12）：63-65.

[5]李云鵬，陳學平.玄武巖纖維網應用于公路邊坡防護穩定評價[J].公路， 2020（8）：65-69.

[6]曾浩，張晉，顧志聰，等.單面鹽凍-干濕循環下玄武巖纖維混凝土劈裂抗拉強度與微觀結構研究[J].混凝土， 2022（9）：20-24.

[7]辛明，王學志，孔祥清，等.玄武巖-聚丙烯纖維混凝土抗硫酸鹽干濕循環試驗研究[J].混凝土， 2021（11）：49-52+57.

[8]陳克凡，喬宏霞，王鵬輝，等.基于NMR的再生混凝土干濕循環可靠性評估[J].華中科技大學學報（自然科學版）， 2020（7）：88-92.