鄭東輝

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

0 引言

水泥土材料強(qiáng)度較高、施工簡便、原料來源方便，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，國內(nèi)外學(xué)者通過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，通過室內(nèi)飛散試驗(yàn)研究纖維摻量及長度對水泥土水穩(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)度增長規(guī)律及影響因素，采用外摻玻璃纖維的方式，通過室內(nèi)飛散試驗(yàn)研究玻璃纖維摻量及長度對水泥土水穩(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 纖維長度影響

纖維長度對水泥土飛散損失的影響如圖1所示。

圖1 纖維長度對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度變化曲線形狀相近，隨纖維長度增加，水泥土飛散損失先降低后提高，在纖維長度為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，分析纖維長度對水泥土飛散損失的影響規(guī)律。纖維長度由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%；纖維長度超過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度增加呈線性提高，且提高速率相當(dāng)，纖維長度每增加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，說明纖維長度較長或過多時(shí)，不利于纖維水泥土水穩(wěn)定性。

2.2 纖維摻量影響

纖維摻量對水泥土飛散損失影響如圖2所示。

圖2 纖維摻量對水泥土飛散損失影響

由圖2可知，同一養(yǎng)生條件下，纖維摻量對不同玻璃纖維長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?，其在荷載等外部環(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，纖維長度為9mm的水泥土浸水飛散損失降低效果最顯著，纖維長度為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

不同玻璃纖維摻量的水泥土飛散損失隨纖維長度增加呈先降低后提高的趨勢，纖維長度為9mm的水泥土飛散損失最小，纖維長度超過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度增加呈線性提高，纖維長度每增加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，不同纖維長度的水泥土飛散損失呈先降低后提高的趨勢，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%，纖維長度6mm、9mm的水泥土浸水飛散損失提升較小，纖維長度12mm、20mm的水泥土飛散損失提升較顯著，約為11.2%。