玻璃纤维对水泥土水稳定性能的影响探究

郑东辉

（东莞市交业工程质量检测有限公司，广东 东莞 523125)

0 引言

水泥土材料强度较高、施工简便、原料来源方便，可用作道路、铁路等工程中的路基填料，但水泥土在实际工程应用中，易遭受水的侵蚀破坏，导致其力学性能和稳定性降低，影响实体工程正常使用寿命[1-2]。近年来，国内外学者通过外掺纤维的方式改善了水泥土材料的技术性质，使其更好地满足工程性能要求。陈猛[3]研究表明，玄武岩纤维掺量为0.3%的水泥土干湿或冻融后无侧限抗压强度最大，耐久性最优；张洁[4]研究表明，聚丙烯纤维掺量在0%～0.3%范围内，纤维加筋水泥土干湿循环后的质量损失及强度损失均降低，耐干湿稳定性提高。尽管现阶段已取得较多有关纤维改善水泥土的研究成果，但大多集中于其力学性能方面的改善，而关于纤维改善水泥土水稳定性能方面的研究则较为欠缺。鉴于此，本文选用玻璃纤维加筋水泥土，通过室内飞散试验研究纤维掺量及长度对水泥土水稳定性的影响规律，为实体工程提供数据支撑。

1 原材料与试验方案

1.1 原材料

本文中的土样选自某地高液限黏土，取土深度为1.5m～4m，技术性质如表1所示。水泥选用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，其比表面积为343m2·kg-1，烧失量为1.01%，初凝时间为136min，终凝时间为249min，3d、28d抗压强度分别为26.9MPa、51.2MPa，3d、28d抗折强度分别为5.7MPa、8.5MPa。选用直径为12μm的玻璃纤维（GF），密度为2.47g·cm-3，抗拉强度为1300MPa，弹性模量为82GPa，断裂伸长率为5.3%。

表1 土样技术性质

1.2 试验方案

基于水环境作用下的水泥土力学强度降低和整体稳定性减弱，结合水泥土强度增长规律及影响因素，采用外掺玻璃纤维的方式，通过室内飞散试验研究玻璃纤维掺量及长度对水泥土水稳定性影响规律。试验中，拟水泥掺量为4%；拟玻璃纤维掺量为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%，长度为6mm、9mm、12mm、20mm；拟养生龄期为90d。根据水泥土室内重型击实试验结果显示，采用静压法成型最佳含水率的Φ100×h100mm玻璃纤维水泥土试件，压实度为96%。试件成型完毕后，用塑料薄膜包裹，置于温度（20±2）℃、相对湿度95%以上的标准养生室，养生至规定龄期。每组试验成型6个试件。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中沥青混合料飞散试验方法，选用洛杉矶磨耗试验机分别测定90d龄期下玻璃纤维加筋水泥土浸水前后的飞散损失，旋转速率为30r/min，旋转300r。

2 试验结果及分析

2.1 纤维长度影响

纤维长度对水泥土飞散损失的影响如图1所示。

图1 纤维长度对水泥土飞散损失影响

由图1可知，同一养生条件下，不同玻璃纤维掺量的水泥土飞散损失与纤维长度变化曲线形状相近，随纤维长度增加，水泥土飞散损失先降低后提高，在纤维长度为9mm时，其飞散损失取得最小值，即水稳定性最优。其中，纤维掺量为0.3%的水泥土飞散损失最小，纤维掺量为0.1%、0.3%的水泥土飞散损失相当，纤维掺量为0.7%的水泥土飞散损失最大。这是因为纤维长度较少时，纤维能够较好地发挥加筋作用，增强土体稳定性，随着纤维掺量增加，土体内纤维分布紊乱，纤维加筋作用减弱，土体稳定性降低，故其飞散损失增大。

鉴于同一纤维掺量的水泥土浸水前后飞散损失曲线形状相近，以纤维水泥土浸水飞散损失试验结果为例，分析纤维长度对水泥土飞散损失的影响规律。纤维长度由6mm增加至9mm，不同纤维掺量的水泥土浸水飞散损失降低相当，约为2.8%；纤维长度超过9mm后，当纤维掺量为0.1%、0.3%和0.5%时，水泥土浸水飞散损失随纤维长度增加呈线性提高，且提高速率相当，纤维长度每增加1mm，纤维水泥土浸水飞散损失提高1.6%。另外，纤维长度为20mm、掺量为0.7%的水泥土浸水飞散损失为88.78%，高于素水泥土浸水飞散损失，说明纤维长度较长或过多时，不利于纤维水泥土水稳定性。

2.2 纤维掺量影响

纤维掺量对水泥土飞散损失影响如图2所示。

图2 纤维掺量对水泥土飞散损失影响

由图2可知，同一养生条件下，纤维掺量对不同玻璃纤维长度的水泥土飞散损失影响规律相近，随纤维掺量增加，水泥土飞散损失先降低后提高。其中，浸水飞散损失变化较明显，在纤维掺量为0.3%时，纤维水泥土飞散损失取得最小值。这是因为水泥土浸水后，其在荷载等外部环境作用下结构整体性和土体密实性降低，致使其水稳定性减弱。同时，随纤维掺量增加，土体内纤维分布由均匀向紊乱状态转变，导致其纤维加筋作用减弱，故纤维掺量较高时，水泥土飞散损失随之提高。

以纤维水泥土浸水飞散损失试验结果为例，分析纤维掺量对水泥土飞散损失的影响规律。水泥土掺入玻璃纤维后，其浸水飞散损失降低显著，纤维掺量为0.1%的水泥土浸水飞散损失较素水泥土降低5.6%以上。其中，纤维长度为9mm的水泥土浸水飞散损失降低效果最显著，纤维长度为6mm的水泥土次之。纤维掺量由0.1%增加至0.3%，水泥土浸水飞散损失约降低2.6%；纤维掺量由0.3%增加至0.7%，纤维长度6mm、9mm的水泥土浸水飞散损失与纤维掺量呈线性正相关关系，纤维掺量每增加0.1%，水泥土浸水飞散损失约提高1.7%；而纤维掺量由0.5%增加至0.7%，纤维长度12mm、20mm的水泥土浸水飞散损失提高较显著，约提高11.2%。

3 结束语

不同玻璃纤维掺量的水泥土飞散损失随纤维长度增加呈先降低后提高的趋势，纤维长度为9mm的水泥土飞散损失最小，纤维长度超过9mm后，当纤维掺量为0.1%、0.3%和0.5%时，水泥土浸水飞散损失随纤维长度增加呈线性提高，纤维长度每增加1mm，纤维水泥土浸水飞散损失提高约1.6%。

随玻璃纤维掺量增加，不同纤维长度的水泥土飞散损失呈先降低后提高的趋势，纤维掺量0.3%的水泥土飞散损失最小，纤维掺量由0.1%增加至0.3%，水泥土浸水飞散损失约降低2.6%；纤维掺量由0.3%增加至0.7%，纤维长度6mm、9mm的水泥土浸水飞散损失提升较小，纤维长度12mm、20mm的水泥土飞散损失提升较显著，约为11.2%。