巨澍朋 賈 斌 楊保存 王 榮

（塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院 南疆巖土工程研究中心，新疆 阿拉爾 843300）

水泥土由于其造價低、施工簡便、低滲透性、低壓縮性等優(yōu)點在工程中被廣泛應(yīng)用。但水泥土在季凍區(qū)的適應(yīng)性不夠理想，經(jīng)凍融作用常不能達到設(shè)計的強度要求。因此，改善其強度成為水泥土研究中的熱點。陳峰[1-2]研究玄武巖纖維對水泥土強度的影響，發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性能及性價比均優(yōu)于其他纖維材料，并且在高性能混凝土的增強材料中得到廣泛應(yīng)用并取得了顯著效果。因此研究在最優(yōu)水泥配比條件下，凍融條件、纖維摻量、養(yǎng)護齡期對水泥土試件的抗壓性能影響變化規(guī)律具有重要意義。

1 試驗研究方法

1.1 材料準(zhǔn)備

土樣取自新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)新建圖書館的施工工地，主要為新疆南疆常見的黏土，基本物理力學(xué)性能為：ω=13.5%，ρ=2.04g/cm3，WL=31.45%，WP=23.03%，IP=8.42，IL=1.13。水泥采用42.5 普通硅酸鹽水泥。纖維采用18mm 玄武巖纖維短切原絲，其主要的物理性能為：σ=1200MPa，E=75GPa，斷裂伸長率為3.1%。

1.2 試件養(yǎng)護

首先將土試樣自然風(fēng)干，然后粉碎并過篩，并按風(fēng)干土含水率0.79%進行加水，將水、土、纖維和水泥進行攪拌直至均勻。將攪拌均勻的水泥土，分三層依次裝入試樣模具中，每裝完一層即振搗至密實，振搗完成最后一層振搗后水泥土上表面略高于試模上沿。

試件制作好后24h 拆模，將溫度控制在（20±3）℃、相對濕度控制在90%以上的環(huán)境中進行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，按試驗所需齡期分別養(yǎng)護7d、14d、28d、60d。

1.3 試驗方案

土樣含水率按最優(yōu)含水率22.4%配置，水泥摻量為風(fēng)干土質(zhì)量的20%，玄武巖纖維摻入比分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%，玄武巖纖維摻入代替水泥，水灰比統(tǒng)一采用0.37，凍融循環(huán)次數(shù)為0、10、20、30、40 次。不同工況條件下對7d、14d、28d、60d 齡期各制作三個試件進行養(yǎng)護。

將70.7mm×70.7mm×70.7mm 的立方體試件，通過高低溫試驗機根據(jù)試驗要求分別進行0、10、20、30、40 次的凍融循環(huán)，凍融溫度為-20℃～20℃，每5 小時一次冷凍或融化，10 小時為一循環(huán)。

通過壓力機以0.15kN/s 的加載速率均勻加載至破壞，并記錄其破壞荷載，從而換算為試件的抗壓強度。研究凍融循環(huán)條件下玄武巖纖維摻量對水泥土抗壓強度的之間的變化規(guī)律。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 玄武巖纖維摻量對水泥土抗壓強度的影響變化規(guī)律

將養(yǎng)護齡期為60 天、水泥摻入比為20%、凍融循環(huán)次數(shù)為0、10、20、30、40 次，對纖維摻量為0%、0.5%、1%、1.5%的試件進行無側(cè)限抗壓強度試驗。試驗結(jié)果見表1 和圖1。

圖1 抗壓強度與玄武巖纖維摻量的關(guān)系

由圖1 可知，在凍融次數(shù)、齡期相同的條件下，玄武巖纖維水泥土在摻量為0.5%時出現(xiàn)峰值，表明摻量為0.5%時抗壓效果最佳。

2.2 凍融循環(huán)次數(shù)對水泥土抗壓強度的影響變化規(guī)律

由圖2 可知，在纖維摻量、齡期相同的條件下，水泥土的抗壓強度隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加出現(xiàn)波動，在凍融循環(huán)次數(shù)20次內(nèi)，玄武巖纖維水泥土抗壓強度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加抗壓強度也隨之增強，但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其抗壓強度隨之降低。在凍融次數(shù)為20 次時，抗壓強度出現(xiàn)峰值，說明玄武巖纖維在季節(jié)性地區(qū)使用時，在前期，對水泥土的抗壓強度有增強的效果，隨著時間增長，水泥土抗壓強度隨之降低，但玄武巖纖維水泥土的抗壓強度比普通水泥土的抗壓強度效果更好。

圖2 抗壓強度與凍融條件的關(guān)系

可知，在凍融循環(huán)下，摻量為1.5%的玄武巖纖維水泥土與摻量為0%、0.5%、1%的水泥土抗壓強度相比，摻量為1.5%的玄武巖纖維水泥土的強度更低，其主要原因為纖維摻量過多致使其在試件中分布不均勻，影響水泥土在水化時纖維與水泥土顆粒之間的界面摩擦力，且凍融循環(huán)條件，加速破環(huán)水泥土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使摻量更多的水泥土抗壓強度比普通水泥土的抗壓強度更低。

2.3 養(yǎng)護齡期對水泥土抗壓強度的影響變化規(guī)律

將凍融循環(huán)次數(shù)為20 次、摻量為0%、0.5%、1%、1.5%的試件分別養(yǎng)護7、14、28、60 天，試驗結(jié)果見表2 和圖3。

表2 凍融循環(huán)20 次的無側(cè)限抗壓強度（MPa）

由圖3 可知，在凍融次數(shù)、摻量相同的條件下，玄武巖纖維水泥土抗壓強度隨齡期的增長也出現(xiàn)波動。首先，在凍融循環(huán)條件下，在前期由于水泥水化不充分，無論是對何種摻量的水泥土，水泥土的抗壓強度都不是像普通水泥土逐漸增強，隨著齡期的增長，水泥水化程度更充分，纖維與水泥土顆粒之間的界面摩擦力極大增強，纖維加筋作用優(yōu)勢明顯，水泥土的抗壓強度也隨之增強，所以在工程中運用玄武巖纖維水泥土?xí)r，要充分考慮玄武巖纖維水泥土的養(yǎng)護時間，讓玄武巖纖維與水泥充分作用。

圖3 抗壓強度與齡期的關(guān)系

3 結(jié)論

本文基于不同纖維摻量、凍融循環(huán)次數(shù)和養(yǎng)護齡期條件下對玄武巖纖維水泥土與普通水泥土的抗壓性能進行了試驗研究，得出了如下的主要結(jié)論。

3.1 在養(yǎng)護齡期和凍融循環(huán)次數(shù)相同的條件下，玄武巖纖維水泥土在摻量為0.5%時出現(xiàn)峰值。隨著摻量增加時，水泥土抗壓強度的增強效果逐漸減弱，玄武巖纖維的摻入量為0.5%時增強效果最佳，摻量為1.5%的玄武巖纖維水泥土的則強度更低。主要原因為纖維摻量過多致使其在試件中分布不均勻，影響水泥土在水化時纖維與水泥土顆粒之間的界面摩擦力，且凍融循環(huán)條件加速破環(huán)水泥土內(nèi)部結(jié)構(gòu)機理，不利于增強水泥土的抗壓強度。合理選擇玄武巖纖維的摻入量可使水泥土的強度提高，對實際工程中水泥土的穩(wěn)定性和安全性有利。

3.2 在齡期和摻量相同的條件下，隨著凍融次數(shù)增加，在凍融作用下水泥土出現(xiàn)強度損失，總體玄武巖纖維水泥土的抗壓強度比普通水泥土的抗壓強度效果更好。在季節(jié)性凍土地區(qū)使用時，玄武巖纖維對水泥土的抗凍性能有增強的效果。今后可增加凍融循環(huán)次數(shù)，對玄武巖纖維水泥土的抗凍性做更深入的研究。

3.3 在凍融循環(huán)次數(shù)和玄武巖纖維摻量相同的條件下，在前期時，由于水泥水化硬凝程度不充分，無論是對何種摻量的水泥土，水泥土的抗壓強度都不是像普通水泥土逐漸增強，隨著齡期的增長，水泥水化程度更充分，纖維與水泥土顆粒之間的界面摩擦力極大增強，纖維加筋作用優(yōu)勢明顯，水泥土的抗壓強度也隨之增大。在工程中運用玄武巖纖維水泥土?xí)r，要充分考慮玄武巖纖維在水泥土中的均勻分布和水泥土的養(yǎng)護齡期，讓玄武巖纖維與水泥充分作用。