纤维加筋固化土抗压强度和劈裂抗拉强度试验
    汪金龙,娄宗科
    (西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100)
    摘 要:基于固化土易产生裂缝导致使用寿命下降的工程特性,采用正交试验设计方法,研究了聚酯纤维和土壤固 化剂对土体的抗压强度和劈裂抗拉强度的影响。研究认为:MBER土壤固化剂剂量为12%,纤维掺量为0.9 kg/m3时, 杨凌黄土的抗压强度和劈裂抗拉强度达到最大值,分别为3.63 MPa、0.52 MPa。结果表明:MBER土壤固化剂可以有 效提高杨凌黄土的抗压强度和劈裂抗拉强度,聚酯纤维对固化土的抗压强度基本没有贡献,可部分提高土体的劈裂抗拉 强度。
    关键词:固化土;MBER土壤固化剂;聚酯纤维;劈裂抗拉强度
    中图分类号:TV443 文献标识码:A
    0 引 言
    土壤固化剂作为一种新型的土体固化材料近20年内在我 国得到了广泛的研究与应用,取得了良好的社会经济效益[1], 我国建设部于1998年6月30日发布了土壤固化剂的行业标 准(CJ/T3070-1998 )。国内土壤加固剂在路基加固堤坝防护、 渠道防渗等方面得到的一些实际应用,在减少工程费用、提高 路基强度、减少施工工期、增强土体稳定性等方面取得了一定 的效果[2,3]。
    目前国内不少科研院所也开始了对土壤加固技术 的研究,建筑材料市场上也出现了少量我国自己开发研制的 土壤加固剂,其研究主要集中在固化剂加固土体的抗压强度, 抗渗性能和抗冻性能上面,而对固化土体劈裂抗拉强度的研究 尚不太多见,由于固化土的干缩特性使得土体易产生裂缝[4], 导致强度降低,抗渗和抗冻性较差,对其在寒冷地区的应用造 成一定的限制,而固化土的劈裂抗拉强度低是裂缝产生的直接 原因,因此,如何提高固化土体的劈裂抗拉强度对于土壤固化 剂在寒冷地区的推广应用具有很强的实践意义。通过研究在 固化土体中添加聚酯纤维对其抗压强度和劈裂抗拉强度的影 响,分析聚酯纤维增强固化土的劈裂抗拉性能,为改善固化土 体的工程性能和土壤固化剂的推广应用提供一种切实可行的 方法,其中固化剂为杨凌节水灌溉中心发明的MBER土壤固 化剂。
    1 试验材料及方法
    1.1 试验材料
    试验用土选用陕西杨凌地区的黄土,其流限WL=35.0% 塑限WP=17.3%,塑性指数IP=17.7,在标准轻型击实条件 下杨凌黄土固化土(固化剂掺量12%时)的最大干密度为1.72 g/cm3,最优含水率18.5%,固化剂采用MBER土壤固化剂;聚 酯纤维为白色、半透明、束状单丝L=16 mm,抗拉强度28 MPa,密度0.9 g/cm3,拉伸极限12%,不吸水,对皮肤无刺激。
    1.2 试验方案
    参考以往的研究成果,本次试验采取两因素,五水平全面 正交试验的设计方案,考查的主要指标为劈裂抗拉强度,同时 也考查了抗压强度。其因素水平如表1所示。
    
    1.3 试验方法
    将固化土混合料的含水率控制在其最优含水率18.5%左 右,在Φ100 mm×100 mm的智能压膜器和脱膜器上完成试件 的制作(压实系数为0.97)。制作完毕后,将其放入养护箱中进 行养护,养护温度为20±3℃,相对湿度控制在98%±2%。养 护至7d和28d后,在压力机上测定其抗压强度和劈裂抗拉强 度。其中每个不同组合下试件的个数为12个,其中分别用来 测定其7d和28d的劈裂抗拉拉强度以及抗压强度。
    2 试验结果与分析
    试验测定了固化土7 d和28 d的抗压强度以及劈裂抗拉 强度,其结果如表2所示。
    2.1 固化土体7 d的劈裂抗拉强度分析
    2.1.1 因素主效应分析
    为了分析方便,将7 d劈裂抗拉强度随着试验因素水平变 化的关系绘成趋势图,如图1和图2所示。
    
    
    从图1中可以看出,随着固化剂掺量的增加,固化土的劈 裂抗拉强度是先增大后减小这么一个变化过程,从图2中可以 看出:随着纤维掺量的增加,其强度变化也是一个先增大后减 小的这么一个变化规律。而且从以上两图中也可以明显的看 出,当固化剂的掺量为12%时,不同纤维掺量下,固化土7 d的 劈裂抗拉强度都达到了最大值;当纤维的掺量为0.9 kg/m3 时,不同固化剂掺量下,固化土7 d的劈裂抗拉强度也都达到了 最大值。
    3.1.2 方差分析
    固化土7 d劈裂抗拉强度试验结果及其方差计算结果见 表3。
    
    从图3中可以看出,随着固化剂掺量的增加,固化土的抗 压强度是先增大后减小这么一个变化过程,从图4中可以看 出,随着纤维掺量的增加,其抗压强度的变化也是一个先增大 后减小的过程,但是并不是十分明显。而且从图中也可以明显 的看出,当固化剂的掺量为12%时,不同纤维掺量下,固化土7 d的抗压强度都达到了最大值;当纤维的掺量为0.9 kg/m3时, 不同固化剂掺量下,固化土7 d的抗压强度也都达到了最大值。
    3.2.2 方差分析
    固化土7 d抗压强度方差分析结果如表4所示。 从表4中可以看出,A(固化剂剂量)因素对7d的抗压强度 影响最大,B(纤维掺量)因素对7d的抗压强度影响较大,A×B (交互作用)的影响很小,基本可以忽略。
    
    3.4 固化土28 d强度分析
    类似7 d强度分析方法,可以得出固化土28 d劈裂抗拉强 度和抗压强度与固化剂掺量和纤维掺量之间的关系,其变化规律基本和7 d的相吻合,在 这里不再獒述,但随着养护龄期的增长,固化土的抗压强度和 劈裂抗拉强度都有了较大的提高,因此,施工中应保证一定的 养护龄期。
    4 结 语
    (1) MBER土壤固化剂剂量为12%,纤维掺量为0.9 kg/ m3时,杨凌黄土的抗压强度和劈裂抗拉强度都达到最大值,分 别为3.63 MPa、0.52 MPa。
    (2)MBER土壤固化剂能够有效提高土体的抗压强度和劈 裂抗拉强度,聚酯纤维对于土体的抗压强度作用不大,可部分 提高土体的劈裂抗拉强度。
    (3)固化土体中掺入聚脂纤维在一定程度上提高了固化 土体的劈裂抗拉强度,对于减少固化土体的裂缝和提高固化土 体的耐久性具有一定的作用。 □
    参考文献:略
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