基于玄武岩纤维加筋水泥土的水稳定性评价分析

摘要 为提升玄武岩纤维加筋水泥土的改良效果，保证加筋水泥土水稳定性能，文章通过浸水及干湿循环试验，系统分析了不同玄武岩纤维配比、长度条件下加筋水泥土水稳定性能的变化规律。结果显示，（1）水泥土中掺加玄武岩纤维后，其水稳定性能得到大幅度提升，并且加筋水泥土养护时间越长，其水稳定性能越好；（2）加筋水泥土养护时间达到28d时，其水稳系数高达43.0%，其中纤维配比为0.3%条件下加筋水泥土的水稳性能最佳。

关键词 公路工程项目；水泥土；浸水试验；干湿循环试验

中图分类号 U414 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2025）02-0189-03

0 引言

水泥土作为一种常用的路基填筑材料，具有获取方便、承载性强等优点，但其水稳性能相对较差，工程实践中通常采取掺加玄武岩纤维的方式对其实施改良处理，以有效增强路基的抗水损能力[1]。目前，针对玄武岩纤维加筋水泥土改良处理的研究众多，但主要集中于提升水泥土力学特性方面，而对于水稳性能方面的研究极为少见[2]。为此，该文通过相关试验，系统分析了玄武岩纤维加筋水泥土的水稳定性能，对提升路基填筑质量，保证公路运行安全具有重要意义。

1 原材料与试验方案

1.1 原材料

土样选用黏性土，埋深为1.5～4.0 m；水泥采用强度等级P.042.5级的普通水泥，纤维材料为优质玄武岩纤维，经检测各种材料相关技术指标均符合标准要求。

1.2 试验方案

方案设计：水泥土在浸水条件下承载性能及稳定性显著下降，根据水泥土力学特性变化规律，通过掺加玄武岩纤维对其实施改良处理，以有效增强其水稳性能，并采用浸水及干湿循环试验对其改良效果实施评定。该研究水泥用量控制在4.0%，纤维配比依次取0.1%、0.3%、0.5%、0.7%，规格分别为6.0 mm、9.0 mm、12.0 mm、20.0 mm；养护时间分别为7 d、28 d和90 d[3]。

试件制备及养生：按照相关标准要求制备规格为φ100×h100 mm的玄武岩纤维加筋水泥土标准构件，压实度不低于96%；构件制备完成后，将其放入标养箱内进行养护。各项试验制备2组试件，每组3块。

性能测试：（1）浸水试验：根据现行《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG 3441—2024）相关规定，通过压力试验机WAW-100，对各养护时间下浸水24 h及未浸水构件的抗压强度实施检测，并根据检测结果对其水稳定性能实施评定。（2）干湿循环试验：构件养护时间达到标准期限前24 h，称取构件重量，记为m0，在水中浸泡24 h后实施干湿循环试验；当循环遍数符合设计要求后，称取构件重量m，并检测构件的残余强度，求出残余强度比[4]。

2 试验结果与分析

2.1 浸水试验

纤维长度影响：通过试验检测获得不同纤维长度下加筋水泥土水稳系数的变化规律，如图1所示：

从图1可以看出：（1）当纤维长度增大时，各纤维配比及养护时间下的加筋土水稳系数相差不大，纤维配比0.3%条件下加筋水泥土的水稳系数基本不变；当养护时间达到28 d时，加筋水泥土水稳系数高于43.0%，并且当纤维长度为9.0 mm条件下，纤维配比为0.1%、0.5%、0.7%的加筋水泥土水稳性能达到最大。（2）纤维配比为0.3%、长度为12.0 mm的条件下，加筋水泥土的水稳性能达到最大，其根本原因在于纤维较短时，更加容易分布均匀，能够和水泥土形成一网状构造，因此在水体作用下加筋水泥土的强度更高，整体性较强。（3）当纤维长度过长时，搅拌难度较大，容易出现拌和不均、缠绕成团的现象，降低纤维与水泥土之间的结合效果，因此加筋水泥土在水体作用下的强度大幅度下降，水稳系数显著降低[5-7]。

纤维配比：通过试验检测获得不同纤维配比下加筋水泥土水稳系数的变化规律，如图2所示：

从图2可以看出：（1）掺加玄武岩纤维后，水泥土水稳系数显著增大，增幅高达10.6%以上，主要原因在于纤维韧性较好，能有效改善水泥土的力学性能，防止产生拉裂缝，而当纤维配比过大时，其均匀性显著降低，造成加筋效果下降，因此当纤维配比达到标准值后，加筋水泥土的水稳性能逐渐下降。（2）养护时间超过28d时，纤维配比为0.3%条件下的水泥土水稳系数达到最大，且配比逐渐增大时，20.0 mm长的纤维加筋水泥土水稳系数下降最快，与0.7%纤维配比下的水泥土相比，其水稳系数下降幅度为2.0%。

2.2 干湿循环试验

通过对纤维配比为0.3%条件下的水泥土实施干湿循环检测得出，当循环遍数相同、养护时间不同的条件下，水泥土残余强度受纤维长度影响较小；当养护时间不超过28d时，养护时间越长，加筋水泥土的残余强度比越小，在循环遍数达到7遍时，加筋水泥土的残余强度比下降最为显著，降幅高达30.0%[8]。

纤维长度：通过干湿循环试验获得不同纤维长度下加筋水泥土残余强度比的变化规律，如图3所示：

从图3可以看出：当纤维长度逐渐增大时，加筋水泥土的残余强度比变化不大；当其长度从6.0 mm增大到20.0 mm时，加筋水泥土养护28 d、90 d时的残余强度比降幅依次为3.5%、1.8%，表明纤维长度对加筋水泥土残余强度比的影响较小。

（2）循环遍数：通过干湿循环试验获得不同循环遍数下加筋水泥土残余强度比的变化规律，如图4所示：

从图4可以看出：养护时间相同条件下，循环遍数越多，水泥土残余强度比越小，并且下降幅度基本相同；相较于养护时间90 d的水泥土，养护时间为28 d的加筋水泥土的残余强度比下降幅度较大，循环遍数超过15遍时，加筋水泥土在养护28 d、90 d时的残余强度比分别为54.2%、58.8%，根本原因在于经干湿循环处理后，水泥土密实度下降，因此其残余强度比出现下降；如养护时间为90 d时，在循环遍数不超过3遍的条件下，加筋水泥土的残余强度比下降速率较快，降幅为11.5%；在循环遍数为3～9遍的条件下，循环遍数越多，加筋水泥土的残余强度比越小，且循环遍数每增加1遍，其残余强度比下降3.4%；而当循环遍数为10～15遍的条件下，随循环遍数的增多，其残余强度比下降速率逐渐变缓，循环遍数每增加1遍，其残余强度比下降1.5%，主要是由于随循环遍数的增加，加筋水泥土的密实度不再发生变化。

3 结语

综上所述，该文通过浸水及干湿循环试验，系统分析了玄武岩纤维配比、长度对加筋水泥土水稳定性能的影响，具体结论如下：

（1）水泥土中掺加纤维后，其水稳定性能得到大幅度提升，并且加筋水泥土养护时间越长，其水稳定性能越好；相较于养护时间7 d的条件下，养护时间28 d的加筋水泥土水稳系数提升10.7%左右。

（2）纤维长度增大时，各纤维配比及养护时间下的加筋土水稳系数相差不大，养护时间28 d的条件下，其水稳系数高达43.0%；纤维配比0.3%的条件下，加筋水泥土水稳性能最佳。

（3）干湿循环状态下，养护时间为28 d的加筋水泥土残余强度比下降幅度较大，超过28 d后降幅减小。

（4）纤维长度变化基本不会对加筋水泥土水稳定性造成影响，当其长度从6.0 mm增加到20.0 mm的条件下，加筋水泥土养护28 d时的残余强度比降幅为3.5%。

（5）养护时间相同条件下，循环遍数越多，水泥土残余强度比越小，并且下降幅度基本相同，且养护时间28 d条件下的水泥土残余强度下降速率最大。

参考文献

[1]陈猛.玄武岩纤维水泥土填料抗压强度及耐久性研究[J].合成材料老化与应用， 2020（4）：99-103.

[2]陈晋华.玄武岩纤维在桥梁抗裂中的应用研究[J].合成纤维， 2023（1）：20-23.

[3]杨伟涛.玄武岩纤维在重载路面养护中的应用[J].中国公路， 2022（12）：104-105.

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[5]李云鹏，陈学平.玄武岩纤维网应用于公路边坡防护稳定评价[J].公路， 2020（8）：65-69.

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[8]陈克凡，乔宏霞，王鹏辉，等.基于NMR的再生混凝土干湿循环可靠性评估[J].华中科技大学学报（自然科学版）， 2020（7）：88-92.