纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄土力学性能试验研究

吴鸿飞 张亚宾 杨有海，2*

(1.兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070;2.河西学院土木工程学院，甘肃张掖 734000)

水泥粉煤灰搅拌土具有原料来源广泛、能改善土性、强度可调、可塑性强等优点，被广泛应用于地基加固、边坡支护、防渗帷幕等。但水泥粉煤灰搅拌土本质上仍属于一种特殊的土体，其抗压强度远低于混凝土，且抗拉强度较低，用于复合地基时仍存在变形较大等问题［1］。加筋土技术近年来得到较大发展［2］，国内外都曾经尝试过在搅拌土中加入纤维，试图改善搅拌水泥土的力学性能，如李云峰等［3］对尼龙纤维加筋搅拌土进行的三轴试验表明，在较大的围压下尼龙纤维能够提高峰值强度和破坏时的应变，但使加筋土在破坏前的刚度有相当程度的降低;殷勇［4］通过对玻璃纤维—水泥粉煤灰搅拌土抗压与抗拉强度试验，发现玻璃纤维的掺入能有效提高不同龄期水泥土试件的抗压与抗拉强度，具有较明显的增强效果;袁玉卿等［5］进行了纤维水泥稳定土的7 d无侧限抗压强度试验，结果表明，水泥稳定土的无侧限抗压强度随着纤维掺量及纤维宽度的改变而变化，纤维掺量对水泥稳定土7 d无侧限抗压强度的影响大于纤维宽度的影响，水泥稳定土中掺加纤维与否的破坏形态有明显区别，当水泥含量为10%、纤维掺量为1%、纤维宽度为12 mm时，水泥稳定土的无侧限抗压强度增幅较大。本文结合中川铁路项目，通过室内配比试验，研究不同掺量的纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土力学性能的影响。

1 水泥粉煤灰搅拌土试验方案

抗压试块的尺寸为 70.7 mm ×70.7 mm ×70.7 mm，水灰比为0.55，养护方式为水中标准养护，养护龄期为28 d，90 d，二灰掺量分别为12%，15%，20%;分别掺入宽度2 mm，长度为2 cm，5 cm，面积为 30 cm2，60 cm2，90 cm2，120 cm2的尼龙纤维。在水中标准养护28 d，90 d后进行无侧限抗压强度试验，得其无侧限抗压强度。具体试验方案如表1所示。

2 水泥粉煤灰搅拌土试验结果与分析

2.1 二灰掺量、养护龄期对纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄

土强度的影响

表1 水泥粉煤灰搅拌饱和黄土试验方案

二灰掺量、养护龄期是水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的重要影响因素。在本试验中，保证掺入尼龙纤维的宽度为2 mm、面积为60 cm2，掺入尼龙纤维长度分别为2 cm，5 cm，改变其二灰掺量aW，分别为12%，15%，20%，在水中分别养护28 d，90 d后，对试块进行无侧限抗压试验，得到其无侧限抗压强度fcu，并与不掺入尼龙纤维的普通水泥粉煤灰搅拌饱和黄土无侧限抗压强度做对比，结果见图1～图3。

图1 掺入长2 cm尼龙纤维的水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度随二灰掺量变化

图2 掺入长5 cm尼龙纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度随二灰掺量变化

由图1，图2可以看出，随着二灰掺量的增加，水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度明显增加;同时，掺入尼龙纤维的纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度高于普通水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度，这说明掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有增强作用，在二灰掺入量为12%，15%左右，掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度增强作用明显;而在二灰掺量为20%时，掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度增强作用并不明显，这说明在二灰掺量较低时，尼龙纤维的加筋作用对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度贡献大，在二灰掺量较高时，主要是二灰对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度做贡献。

图3 水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度随养护龄期变化

由图3可见，养护龄期为90 d的试块的无侧限抗压强度较养护龄期为28 d的试块有明显增强，这说明养护龄期是影响水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的一个重要因素。养护龄期的增长可以有效增强水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度。综合图1～图3可见，二灰掺量和龄期的增加能明显提升水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度;掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有所增强。

2.2 掺入尼龙纤维长度对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响

为了研究掺入尼龙纤维的长度对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响规律，本试验分别在二灰掺量为12%，15%，20%的条件下，掺入宽度2 mm，面积s=60 cm2，长度d分别为2 cm，5 cm的尼龙纤维，在水中养护28 d后，做其无侧限抗压强度，得其无侧限抗压强度fcu，结果见表2。

表2 不同尼龙纤维长度的水泥粉煤灰搅拌饱和黄土抗压强度

由表2可见，在二灰掺量分别为12%，15%，20%条件下，在试验长度2 cm～5 cm范围内，掺入尼龙纤维的长度变化对纤维水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度影响并不明显。

2.3 掺入尼龙纤维面积对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响

为了研究在长度一定的条件下，掺入尼龙纤维的面积对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的影响，试验在二灰掺量为15%的条件下，掺入长度为5 cm，面积 s分别为 30 cm2，60 cm2，90 cm2，120 cm2，150 cm2的尼龙纤维，在水中养护28 d后，做无侧限抗压试验，得其无侧限抗压强度fcu，结果见图4。由图4可见，在二灰掺量为15%，掺入纤维宽度2 mm、长度为5 cm，试验面积30 cm2～150 cm2范围内，水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的无侧限抗压强度随掺入尼龙纤维面积的增加而增加。综合分析表2，图4可见，掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有明显增强作用;在试验范围内，水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度随掺入尼龙纤维长度改变变化不大，而随掺入尼龙纤维面积增加而有所增强。

图4 尼龙纤维面积对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土抗压强度影响

3 结语

1)二灰掺量和龄期是影响水泥粉煤灰搅拌饱和黄土强度的重要因素，水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度随二灰掺量和龄期的增加而明显增强。2)掺入尼龙纤维的水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度明显高于普通水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度，掺入尼龙纤维对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的抗压强度有明显增强作用，掺入尼龙纤维的面积和长度不同，搅拌饱和黄土的强度有所不同，在试验范围内，水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度随掺入尼龙纤维长度改变变化不大，而随掺入尼龙纤维面积增加而有所增强。3)在二灰掺量相对较低时(aW=12% ～15%)，尼龙纤维的加筋作用对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度贡献较大;而在二灰掺量较高时(aW=20%)，主要是二灰对水泥粉煤灰搅拌饱和黄土的强度做贡献。

［1］曹雅娴，申向东，庞文台.聚丙烯纤维硅粉水泥土力学性质试验研究［J］.人民黄河，2012，34(2):118-120.

［2］郑 刚，阎澍旺.地基处理［A］.中国土木工程学会土力学及岩土工程学会第九届会议论文集［C］.2003.

［3］李云峰，李志国，邓 刚.纤维水泥土力学性能试验研究［J］.建筑科学，2004，20(6):56-60.

［4］殷 勇.玻璃纤维改善水泥土力学性能试验研究［D］.南京:东南大学，2006.

［5］袁玉卿，李 伟.纤维水泥稳定土的无侧限抗压强度试验研究［J］.河南大学学报，2012，42(1):106-110.