纤维加筋MICP固化钙质砂的抗拉强度特性研究

王殿龙，唐朝生，泮晓华，刘 博，李 昊，吕 超，程瑶佳

南京大学 地球科学与工程学院，南京 210023

南海是中国极其重要的战略运输生命线，是中国“21世纪海上丝绸之路”的必经之地，有必要加强南海岛礁建设。南海岛礁多为珊瑚礁地貌，表面覆盖较厚的钙质砂层。钙质砂是海洋沉积物的一种，是富含碳酸钙或其他难溶碳酸盐类物质的特殊介质，主要成分为碳酸钙，具有颗粒形状不规则、压缩性大、颗粒易破碎等弱工程特性（张家铭，2004）。随着岛礁建设的深入，因钙质砂弱工程特性引起的工程问题逐渐凸显，如钙质砂地基差异性沉降等，对岛礁工程的稳定性产生了极大的影响（王建平等，2019）。而常规的地基加固手段如水泥加固存在高耗能、高污染等不足，亟需寻求一种高效、清洁的钙质砂固化方法来满足岛礁建设顺利开展的需求。

微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）是近些年新兴的一种高效清洁的土体加固方法（钱春香等，2015），其原理是利用一种高产脲酶的巴氏芽孢八叠球菌（Sporosarcina Pasteurii）通过自身的代谢作用产生脲酶，催化尿素水解产生碳酸根（见式1~2），碳酸根再与环境中的钙离子结合，在土体孔隙中生成具有胶结作用的碳酸钙（见式3），从而实现加固降渗的目的。

由于MICP过程涉及一系列生物化学反应，其加固效果受许多因素影响，前人已开展大量基于陆源砂土的相关研究（冉进瑜等，2018；Pan et al., 2019；尹黎阳等，2019; 明道贵等，2019；Liu et al., 2019; Tang et al., 2020），此外还就陆源砂土MICP处理效果和效率的提升进行了较为广泛的研究（李博文，2020；李硕，2020；马国梁等，2020；张宽等，2020），但以钙质砂为对象的研究相对较少。刘汉龙等（2018）研究表明MICP处理能够改善钙质砂的动力特性；Liu（2019）等对MICP加固钙质砂的强度以及微观结构进行了研究，发现试样的强度和刚度随方解石含量增加而增加，而且试样的峰值粘聚力与胶结液处理次数符合指数关系；朱纪康（2019）等研究了钙源对MICP钙质砂加固体强度的，研究发现氯化钙作为钙源时其抗压强度约为乙酸钙的2倍。刘汉龙等（2019）基于MICP技术在南海某岛礁开展了现场试验，结果表明MICP加固的钙质砂地基表面强度得到了明显提升，整体效果较好。郑俊杰等（2020）研究发现钙质砂土骨架差异性和碳酸钙的分布的均匀性是影响钙质砂强度的主要因素。MICP加固钙质砂的相关研究虽然不多，但学者们给出了一个共同的结论，即MICP能够提高钙质砂的抗压强度，而在是否能提高钙质砂抗拉强度方面尚未见报道。MICP固化钙质砂的抗拉强度是控制岛礁构建筑物地基、机场路基因不均匀沉降或者遭受冲击荷载时发生张拉破坏的一个重要参数（郑治等，1996；孟庆山等，2019；姜彤等，2020）。由此可见，研究MICP固化钙质砂抗拉强度及变形特性是非常有必要的。

然而，强度与韧性的互斥性一直是岩土工程材料面临的挑战性问题。MICP固化钙质砂也存在同样的问题，虽然强度能达到很高的水平，但在很大程度上表现为一种典型的脆性材料，即破坏后强度瞬间丧失（谢约翰等，2019），对岛礁工程的安全性产生了极大的影响。前人针对这一问题，提出了纤维加筋和MICP联合加固的方法来实现钙质砂抗压强度特性的提高。尹黎阳（2019）发现添加纤维能够促进碳酸钙的沉积，提高纤维MICP固化钙质砂的无侧限抗压强度、残余强度、韧性等。Lin等（2019）研究发现纤维能够降低MICP固化钙质砂的脆性、渗透性。Lei等（2020）研究表明碳纤维加筋MICP固化钙质砂的抗压强度可高达6.69 MPa。Fang等（2020）研究表明纤维钙质砂的最佳纤维含量为0.20%。然而，目前针对纤维MICP固化钙质砂的研究重点局限于纤维加筋对MICP钙质砂抗压强度、渗透性等因素的影响，对纤维MICP固化体抗拉强度方面还缺乏统一的认识，对纤维加筋增强MICP加固钙质砂的机理还缺乏深入探讨。

为此，本文采用纤维加筋的方法来改善MICP固化钙质砂抗拉强度特性。制备了一系列“8”字形试样，并在菌液和胶结液中进行浸泡完成MICP处理，然后开展直接拉伸试验，测试抗拉强度及拉伸破坏模式，并分析了纤维掺量和长度对试样结果的影响，探讨了纤维加筋-MICP固化改性钙质砂的作用机理。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用钙质砂取自于南海某岛礁，颗粒密度为2.75 g/cm3，碳酸钙含量超过90%，颗分参数如表1所示，属于颗粒级配不良。试验前将钙质砂在烘箱内烘干至恒重，以排除残留液体环境内可能存活的微生物的影响。常规试样烘干温度为105℃，钙质砂及碳酸钙在此温度下烘干会发生崩解，产生细小颗粒，为避免这一作用对钙质砂和微生物诱导生成的碳酸钙产生影响，本文选用的烘干温度为60℃。

表1 钙质砂的颗分参数Table1 Particle parameters of calcareous sand

巴氏芽孢八叠球菌（Sporosarcina pasteurii）被选作为诱导成矿菌株，该菌是一种产脲酶微生物，购自美国菌种保藏中心，编号ATCC 11859。使用灭菌液体培养基制备菌液，培养基成分：20 g/L酵母提取物，10 g/L (NH4)2SO4，15.73 g/L Tris base，接种量为1%，在30℃、200 r/min的生化培养箱内培养24 h后备用。使用酶标仪测试的菌液OD600为1.10，使用电导率仪测试菌液脲酶活性为2.80 mM·urea hydrolysed/min。

胶结液为0.5 mol/L的尿素和氯化钙混合液，尿素和氯化钙摩尔浓度比为1: 1。为保证浸泡固化过程中的微生物能够维持一定的活性，在胶结液中添加3 g/L的营养肉汤。

本试验选用的加筋材料为分散性较好的聚丙烯纤维，具体的物理力学性质如表2所示。

表2 聚丙烯纤维的物理力学参数Table 2 Fundamental properties of polypropylene fiber

1.2 样品制备及MICP处理

为了获得土体的抗拉强度，过去有不少学者采用巴西劈裂等测试手段，但巴西劈裂试样不能全部受拉，试验结果偏大，且存在一定尺寸效应（李瑞超等，2019）。本文采用自制“8”字形制样模具（Tang et al., 2016； Li et al., 2019）进行试样制备和开展直接拉伸试验。模具由有机玻璃制成，其内腔高度20 mm，长度为80 mm，宽度在两端为40 mm，中央处颈缩至20 mm，呈“8”字形（图1），以预先确定拉伸失效的位置和方向。为便于开展直接拉伸试验，制样模具在颈缩最窄处断开，断口处涂抹凡士林；在模具底部垫一层滤纸，以避免钙质砂的漏失，并增加底部的渗透性，试样侧壁用胶带固定。

图1 “8”字形制样模具Fig. 1 Schematic drawing and photo of 8-shaped preparation mold

为探究纤维掺量和长度对MICP固化钙质砂抗拉强度的影响，设置纤维掺量和纤维长度两个试验对照组。纤维掺量对照组选用长度为12 mm的纤维，掺量分别为0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.60%和0.90%（纤维占砂土体积的百分数）；纤维长度对照组掺量为0.10%，长度分别为3 mm、6 mm、9 mm、12 mm、15 mm和19 mm。此外设置不添加纤维试样作为空白对照，共计12组试样，每组3个平行试样，共计36个试样，以测试平均值为有效值。

试样制备过程：首先称取钙质砂75 g和设定体积分数的纤维，然后将纤维捻散掺入到钙质砂中，混合均匀后装填于制样模具内，砂样干密度控制为1.34 g/cm3。

MICP处理过程：首先将试样浸没于菌液内1 h，保证有充足的微生物吸附、固定于钙质砂表面，随后将试样取出浸没于养护箱的胶结液内7 d，因为MICP处理过程在7 d后趋于停滞（Zhao et al., 2016）。此外为保证有充足的胶结液为MICP过程提供反应物质，胶结液液面没过试样上表面2 cm。温度是影响微生物生长繁殖的重要因素，巴氏芽孢八叠球菌最适宜生长温度为30~37℃（钱春香等，2015），为保证MICP处理过程中微生物能维持高活性，养护箱全程置于30℃水浴环境内。7 d后，取出试样置于自然通风处风干，至此完成一轮胶结。重复上述步骤，本试验共进行三轮胶结。

1.3 测试方法

1.3.1 碳酸钙生成量测试

学界普遍采用酸洗法或滴定法测试MICP加固硅质砂的碳酸钙生成量，然而由于钙质砂自身碳酸钙含量超过95%，上述方法均无法准确测量的碳酸钙生成量（Fang et al., 2020）。因而本文采用称重法进行碳酸钙生成量测试，具体过程如下：首先将MICP处理后的试样用去离子水漂洗，以去除残留于试样内的可溶盐和有机物，随后将试样置于60℃烘箱内烘干至恒重。使用天平测试MICP处理前后试样的质量，分别记录为m1和m2，按照式（4）计算碳酸钙生成量。

1.3.2 抗拉强度测试

采用单轴应变控制拉伸装置进行直接拉伸试验。单轴应变控制拉伸装置（图2）由拉伸模具、加载系统、控制系统组成。拉伸模具内腔形状与制样模具相似，其内腔尺寸与制样模具的外缘尺寸一致，试样可以直接放入模具内；加载系统采用水平加载模式，由固定平板、固定支座、滑动支座、滑动导轨和电动机组成，此部分由电动机驱动施加拉力，精度为0.01 mm/min；控制系统由拉应力传感器、位移传感器、信号采集器组成，其中拉应力传感器量程0~500 N，精度为0.01 N，位移传感器量程0~50 mm，精度为0.01 mm。

图2 应变控制拉伸试验装置示意图Fig. 2 Schematic drawing of displacement-controlled direct tensile test apparatus

将经MICP固化后的钙质砂试样放置于拉伸模具内进行直接拉伸试验，拉伸速率为1 mm/min；拉伸过程中滑动支座带动拉伸模具和一半的试样一起向电机方向移动，并向试样施加拉伸力（图3）。记录拉伸过程中的拉力和位移。测得拉力由作用在拉伸破坏面上的力和克服滑动支座和固定支座之间的摩擦力组成；经标定系统摩擦力可以忽略不计。拉伸应力σ计算是将拉伸力T除以试样颈部横截面积A，如式（5）所示。

图3 应变控制拉伸试验装置照片Fig. 3 Photo of the displacement-controlled tensile test apparatus

根据试验结果计算抗拉强度并绘制拉应力—位移曲线。定义试样的抗拉强度为拉伸过程中试样所能承受的最大拉应力。

2 结果与讨论

2.1 碳酸钙生成量

MICP过程形成的碳酸钙具有充填和胶结作用，碳酸钙生成量是影响MICP加固效果的关键因素。图4给出了MICP处理后不同纤维掺量和不同纤维长度试样的碳酸钙生成量。

2.1.1 纤维掺量对碳酸钙生成量的影响

从图4a中可以看出，在本文研究范围内，试样的碳酸钙生成量随纤维掺量的增加先增后减。当纤维掺量从0增加到0.30%时，碳酸钙含量增幅为56.2%；而纤维掺量从0.30%增长到0.60%时，其碳酸钙含量为18.82%，仅增加了6.5%，此时碳酸钙含量达到峰值；当纤维掺量增长到0.90%，碳酸钙生成量下降了4.1%。由此可知，碳酸钙生成量与纤维掺量并不是简单的线性关系，这与微生物、纤维和土体间的相互影响有关。

在低纤维掺量时，纤维占据的钙质砂孔隙空间体积较小，砂土体内部有充裕的空间场所供微生物吸附、定植和参与MICP过程，而且纤维的掺入提供了额外的场所（Zhao et al., 2020）。试样在胶结液内浸泡养护时，额外吸附于纤维表面的巴氏芽孢八叠球菌增加了尿素水解量和碳酸根生成量，促进了碳酸钙晶体的生成和发育。当纤维掺量到达一定程度时，纤维之间相互接触缠绕形成空间网络影响微生物在试样内的正常入渗和迁移（Li et al., 2016）。此外，纤维占据了大量的孔隙空间，有限的孔隙空间会抑制微生物的新陈代谢活动，影响碳酸钙的生成（谢约翰等，2019），且临近试样表面孔隙易发生快速减小，从而阻碍胶结液入渗到钙质砂内部进行MICP过程。因此，纤维掺量并不是越高越好。在本文研究范围内，最优纤维掺量是0.60%。

2.1.2 纤维长度对碳酸钙生成量的影响

从图4b可以看出，相同掺量情况下（0.10%），纤维长度对试样碳酸钙生成量有较为显著的影响，且短纤维的影响大于长纤维。当纤维长度为3 mm和6 mm时，碳酸钙生成量分别为17.58%和17.96%。随着纤维长度的增加（9~19 mm），碳酸钙生成量呈现出下降的趋势（15.73%~13.65%），该趋势与Fang等（2020）研究结果基本一致。这是因为随纤维长度的增加，纤维在砂土体内部容易弯曲、缠绕、折叠或成簇，进而堵塞物质流动通道，影响微生物定植、尿素水解、碳酸钙形成。因此，相同纤维掺量时，存在最佳纤维长度。在本文研究范围内，最佳纤维长度为6 mm。

你一定要记得，最重要的并不是成绩，而是始终葆有信心与希冀。无论前路有多逼仄，你都应该对生活充满热情与期待。木心说过，“文学是可爱的，生活是好玩的。”我想高考亦是如此。所以，不要过分忧虑结果如何，好好享受这个“可爱的”“好玩的”过程吧！毕竟，不是所有与你同龄的人都能拥有这样一段经历。

图4 纤维对碳酸钙生成量的影响Fig. 4 Effect of fiber reinforcement on calcium carbonate content production

2.2 抗拉强度

MICP固化钙质砂的抗拉强度是评价MICP加固效果的一个重要指标，也是研究固化体张拉破坏特性的关键参数。

2.2.1 拉应力—位移曲线

图5为不同纤维掺量情况下典型试样的拉应力—位移曲线。由图5可知，无纤维掺入试样和有纤维掺入试样的拉应力—位移曲线存在明显的区别。区别主要有两方面：第一，有纤维掺入试样可概括为四个典型阶段，而无纤维掺入试样变形破坏过程只有两个典型阶段；第二，有纤维掺入试样的峰值应力及对应的位移显著大于无纤维掺入试样。

以掺量0.10%，长度12 mm纤维加筋MICP固化钙质砂试样为例，拉伸曲线大致可以分为四个典型阶段，包括：（1）初始误差阶段；（2）弹性阶段；（3）损伤破坏阶段和（4）残余阶段（图5）。

图5 试样典型拉应力—位移曲线Fig. 5 Typical tensile stress-displacement curves of the samples

初始误差阶段：加载初期，拉伸模具与试样的存在一定的接触孔隙，随着拉伸位移的增加，接触孔隙逐步被消除，拉应力的增长呈现为指数增长的趋势，较为缓慢。

弹性阶段：此阶段拉应力随着拉伸位移的增加呈现为线性上升的趋势，试样颈缩处开始承受拉应力，拉应力与位移成正比关系，符合胡克定律。

损伤破坏阶段：随位移的继续增加，拉应力上升的速率降低，拉应力出现了最大值，此时试样颈缩处的拉应力超过了该处钙质砂—碳酸钙固化界面所能承受的最大拉应力，颈缩处的整体性受到渐进性的破坏，内部出现了微裂纹，与此同时，跨越微裂纹的纤维承受拉应力抑制裂纹的发展，减缓了试样的脆性破坏。

残余阶段：试样颈缩处的微裂纹贯通形成破坏面，钙质砂—碳酸钙块体粘结作用全部丧失，拉应力呈断崖式下降，此阶段仅由纤维跨越贯通面发挥桥接作用承担拉应力（图6），随着纤维被拔出或拉断，拉应力不断减小直至全部消失。

图6 纤维桥接作用Fig. 6 The “bridging” effect of fiber

对比加筋效果最佳试样（纤维掺量0.60%）的拉应力—位移曲线与无纤维添加试样的曲线可以发现，不仅纤维加筋试样的峰值强度得到了显著提升，峰值位移也得到了显著的增大，对应的峰值位移从1.24 mm增长到了3.2 mm，增长了158.1%；试样的残余强度从0增长到了41.61 kPa。当纤维掺量为0.90%时，试样的残余强度增加到了105.43 kPa。由此可知，添加纤维能够提高试样峰值强度和破坏时的位移，增大试样的残余强度，显著改善试样的韧性，对保证岛礁工程结构的稳定性和安全性具有重大的意义。

2.2.2 纤维掺量对抗拉强度的影响

由图7a可知，不同纤维掺量试样的抗拉强度均高于无纤维试样，且试样抗拉强度变化趋势和碳酸钙生成量成正相关，均呈现先增后减的趋势。纤维掺量为0.60%达到最大值，但二者的变化幅度并不一致，这与纤维加筋提升MICP固化钙质砂机制有关。

图7 纤维对碳酸钙生成量和抗拉强度的影响Fig. 7 Influences of fiber reinforcement on calcium carbonate content production and tensile strength

纤维MICP如前所述，钙质砂试样内掺入纤维，纤维表面能够定植更多巴氏芽孢八叠球菌（图8a），从而促进碳酸钙的生成量（图8b）。微生物诱导生成的部分碳酸钙沉积在纤维和钙质砂颗粒之间以及纤维表面（图8c），增大了纤维与碳酸钙间的相互作用，提高试样的整体性和力学性能。

图8 纤维加筋对MICP固化钙质砂影响示意图Fig. 8 Schematic view of the effect of fiber reinforcement on MICP-treated calcareous sand

拉伸荷载作用下试样颈缩处整体承受拉应力，但聚丙烯纤维的弹性模量小于碳酸钙，拉应力作用下，纤维与碳酸钙难以产生协同的变形，必然会出现相互错动的趋势（王德银等，2013），然而微生物诱导生成的碳酸钙会对纤维的相对滑动产生限制作用，使得纤维能够承受一定的拉应力，并可将拉应力分散传递到试样内部，起到分担外部荷载的作用。纤维所能承担的拉应力取决于其与钙质砂间的界面作用力，受到细菌诱导沉积的碳酸钙控制。沉积在纤维与钙质砂颗粒间的碳酸钙（图9a）能够发挥胶结作用，将纤维、钙质砂固化在一起，并将纤维锚固于钙质砂内，增加纤维拔出时的阻力。沉积在纤维表面的碳酸钙（图9b）能够强化纤维的力学性能，增大纤维表面的粗糙度和纤维与基质之间的接触面积，提高纤维与基质的摩擦力（Hao et al., 2018），二者相互作用共同增强纤维与碳酸钙界面作用力。

图9 纤维-MICP作用固化钙质砂的扫描电子显微镜图像Fig. 9 SEM images of fiber-reinforced MICP-treated calcareous sand

低纤维掺量时（纤维掺量为0.05%~0.20%），碳酸钙生成量显著增加，纤维与碳酸钙的界面作用力也随之增高，但由于纤维空间分布间距较大，难以成行有效的纤维空间网络结构，此时试样抗拉强度增长主要来源于离散纤维一维加筋的作用。随着纤维掺量的增高（掺量为0.20%~0.60%），碳酸钙生成量的增幅放缓，但抗拉强度的增幅有了较大的提升。呈现此趋势一方面是碳酸钙增强纤维与钙质砂间的界面作用力，另一方面是纤维空间分布转变为三维空间网络结构，并同时发挥一维加筋作用和三维加筋作用，限制钙质砂颗粒之间的相对位移、抑制损伤微裂纹的形成和发展以及胶结体的变形，增加试样的整体性和稳定性（唐朝生等，2011）。随纤维掺量的继续增加（纤维掺量为0.60%~0.90%），试样的碳酸钙生成量下降，纤维与钙质砂之间的界面作用力减弱，此外部分纤维相互接触缠绕，在局部形成弱结合面，降低固化体的整体性和抗拉强度（谢约翰等，2019）。因此，在工程实践中应选择适合纤维掺量，最大程度发挥纤维加筋的作用。

2.2.3 纤维长度对抗拉强度的影响

由图7b可知，相同纤维掺量（0.10%）时，随纤维长度增加，纤维MICP固化钙质砂的抗拉强度先增加再降低。6 mm长度试样的抗拉强度最大，达到了281.62 kPa，涨幅为74.7%。当纤维超过9 mm时，试样抗拉强度下降较为明显，试样掺入纤维长度为19 mm时，其抗拉强度与素土试样接近。此外，抗拉强度的变化趋势与碳酸钙生成量的变化趋势一致，但二者的变化幅度存在着较大差异，这也与纤维加筋提升MICP固化钙质砂机制有关。

纤维加筋效果除了受纤维—砂土界面作用力的，还受到纤维自身的抗拉强度的影响（唐朝生等，2011）。如前所述，经MICP作用后，纤维与钙质砂间的界面作用力得到了极大地提升。相较于长纤维，单丝短纤维与碳酸钙的有效作用长度较短，单丝纤维与钙质砂之间的相互作用较弱，在拉应力作用下纤维极易在剪切面上发生相对滑动或拔出，失去加筋作用。随着纤维长度的增加，纤维与基质之间的有效作用长度增加，当纤维与钙质砂的相互作用逐步增强，纤维所受到的拉应力通过作用界面分散到试样内部，增大了单丝纤维所能承受的拉应力。当纤维长度超过一定值后，纤维—钙质砂相互作用界面所能承担的拉应力超过纤维抗拉强度，纤维被拉断。

对比纤维掺量相同但长度不同试样的抗拉强度和碳酸钙生成量可以发现，纤维长度较短时（3 mm），碳酸钙生成量较高，纤维与钙质砂间单位长度的界面作用力较高，但限于纤维受力长度较短，单丝纤维所能承担的拉应力有限，纤维主要的失效形式可能是被拔出。但破坏面附近短纤维的单丝数量要远超于长纤维，所能承担的总拉应力要高于长纤维试样。随纤维长度增加（6 mm），单丝纤维受力长度增加，破坏面附近的纤维数量有所降低，但碳酸钙含量增加，而且单位长度纤维所能承受的界面作用力增大，单丝纤维所能承担的界面作用力显著增大，纤维与钙质砂间的界面作用力与纤维自身的抗拉强度接近，处于被拔出和被拉断的临界状态，因而试样的抗拉强度最高，纤维加筋作用得到了最佳的发挥。当纤维长度超过9 mm时，单丝纤维数量进一步减少，碳酸钙生成量也逐渐减少，单位长度纤维所能承担的界面作用力有一定的下降，试样所能承受的拉应力逐渐降低，且长纤维容易相互折叠缠绕，进一步减小了纤维所能承担的拉应力。但单丝纤维减少的幅度要大于碳酸钙生成量的减少幅度，此外长纤维的受力长度要优于短纤维，即单丝长纤维能承担更大的界面作用力，此时纤维的抗拉强度小于界面作用力，长纤维主要的失效形式是被拔断。考虑工程实际，应选择能够发挥最佳加筋效果长度的纤维，以避免纤维浪费进而造成工程成本的增加。

3 结论

本文通过对特制的“8”字形试样开展直接拉伸试验，研究了纤维加筋—MICP固化钙质砂的抗拉强度特性，分析了纤维掺量和长度等因素的影响，并探讨了纤维加筋—MICP固化联合作用机制，得到如下结论：

（1）纤维能够明显改善MICP固化钙质砂的抗拉特性，相比于无纤维试样，添加纤维试样的抗拉强度最大增长了172.40%，峰值变形最大提升了158.1%，残余强度最大值达到了105.43 kPa。

（2）纤维还能够显著改变试样的变形特征，无纤维添加试样曲线仅有初始误差阶段和弹性阶段两个阶段，添加纤维后曲线变为四个阶段，即初始误差阶段、弹性阶段、损伤破坏阶段和残余阶段。

（3）纤维加筋改善MICP固化钙质砂机理：纤维增加了微生物的吸附量，促进碳酸钙在纤维与钙质砂之间以及纤维表面的沉积，增大纤维与钙质砂之间的界面作用力，最终提高钙质砂的抗拉强度。

（4）纤维加筋MICP固化钙质砂的抗拉强度和碳酸钙生成量随纤维掺量的增加先增后减，但两者变化幅度存在一定的差别， 主要是受碳酸钙生成量、纤维与钙质砂间的界面作用力和纤维空间分布的影响；碳酸钙增强了纤维与钙质砂间的界面作用力，但低掺量纤维发挥的是一维加筋作用，而高掺量纤维能够形成三维空间网络结构，增强纤维加筋效果，当掺量超过一定值时会形成弱结合面，抑制加筋作用；在本文研究范围内，最优纤维掺量是0.60%。

（5）纤维加筋MICP固化钙质砂的抗拉强度随纤维长度的增加先增后减，这主要和破坏面附近纤维数量和单位长度所能承担的界面作用力有关。破坏面附近短纤维单丝数量和单位长度所能承担的界面作用力均要高于长纤维，试样抗拉强度得到明显提升；随纤维长度增加，两者的作用先增后减；此外随纤维长度的增加，纤维的破坏模式由拔出向拉断转变，这主要取决于纤维自身的抗拉强度和纤维—钙质砂界面作用力的大小。在本文研究范围内，最佳纤维长度为6 mm。