聚丙烯纤维对水泥无侧限抗压土强度的影响
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摘要： 分析聚丙烯纤掺入量及水泥的掺入量对水泥土强度和弹性模量影响的机理，试验分析表明，纤维的掺入量在一定的范围内，水泥土的无侧限抗压强度随纤维掺入量的增加而增大，当纤维的掺入量超过这个范围其强度反而降低；当纤维掺入量固定不变时，水泥土的强度随着水泥的掺入量增加而增大。
Abstract: The effects of content of polypropylene fibers and cement on the strength of soil-cement mixture were studied. The results showed that the strength of soil-cement mixtures was increased with the content of fibers which was not over a certain value. When the content of fibers was over the value the strength of soil-cement specimens subsequently fell off. Strength of soil-cement were increased with the content of cement when the content of polypropylene was fixed.
Key words: polypropylene fibers；soil-cement mixture；compressive strength
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）21-0088-02
1 简介
土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，放置于土体内部，表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。进入20世纪90年代，设计模型（方法）和实验得到了发展，使得土工合成材料在许多应用实例中已经在技术上被接受。
土工织物的优点是：重量轻，整体连续性好（可作为较大面积的整体。目前在长度上可制成数百米到上千米长）；施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。机织型的光量孔隙直径小，渗滤性好，能与土壤很好的结合。缺点是同其原材料一样，未经过特殊处理，则抗紫外光能力低，如暴露受到紫外线（日光）直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍是较高的。土工织物的性能与其聚合物原料，土工织物的类型及加工制造方法密切相关。
合成纤维土壤加强技术可分为两大类。一种广泛使用的方法是长丝（连续长纤维）用于加强非粘性粒状土，这种方法中，长丝和细纱通过喷射混合设备在规定水分条件下混合，在现场生产纤维-砂混合物。另一种是使用短纤维的方法。这种合成纤维加强土的施工方法对改善软土和填充材料的工程技术特性有一些优势。特别是与粒状土混合用的长丝能明显增加非粘性材料的粘聚力。纤维加强土对于土工结构变形具有极好的韧性和柔软性，并有助于降低河堤和回填土的侧面压力，本文所涉及试验所用的聚丙烯纤维属于短纤维。
2 试验材料与方法
2．1 试验材料
①水泥：在一般使用中对水泥强度要求不是很高，所以试验中采用的是工程建设中大量使用的325号矿渣水泥，其28天抗折强度为6.8MP，抗压强度为36.3MP。
②土料：本试验选用的粘土为上海第四层粘土，含水率为50%。
③聚丙烯纤维：本文介绍的土工织物的化学名称：聚丙烯纤维，别名丙纶，化学结构：■。它的相对密度0.91，是目前所有合成纤维中最轻的一种。断裂强度为210~640Mpa，回潮率为0，在标准状态下几乎不吸水，其湿态强度基本等于干态强度。在伸长3%时起弹性恢复率可达96%~100%与锦纶、涤纶相似。纤维直径26um，纤维长度15mm，抗拉强度520MPa，弹性模量3.5GPa，断裂延伸率为15%。
④水泥土中的水泥、纤维掺入量关系如表1。
2．2 试验方法
①将无底试模放在预先铺有吸水较好的纸的普通粘土砖上（砖的吸水率不小于10%，含水率不大于20%），试模内壁事先涂刷薄层机油或脱模剂。
②放于砖上的湿纸，应用新闻纸(或其它未粘过胶凝材料的纸)。纸的大小要以能盖过砖的四边为准，砖的使用面要求平整，凡砖的四个垂直面粘过水泥或其它胶结材料后，不允许再使用。
③向试模内一次注满水泥土湿料，用捣棒均匀地由外向里按螺旋方向捶插捣25次，为了防止低稠度水泥土插捣后，可能留下孔洞，允许用油灰刀沿模壁插数次。插捣完后水泥土湿料应高出试模顶面6~8mm；当水泥土表面开始出现麻斑状态时(约15~30min)将高出部分的水泥沿试模顶面削去抹平，水泥土压模制作试件完成。
④试件制作后应在20±5℃温度环境下停置一昼夜(24±2h)，当气温较低时，可适当延长时间，但不应超过两昼夜，然后对试件进行编号并拆模。试件拆模后，应在标准养护条件下继续养护至28天，然后进行试压。标准养护的条件是：温度20±3℃，相对湿度60~80%。
⑤抗压实验采用标准型的抗压测试仪器来研究纤维加强水泥土的受压变形和抗压强度关系。该试验的受压变形位移达到10mm，变形率为0.30mm/mm。
3 试验结果分析
3．1 聚丙烯纤维对水泥土无侧限抗压强度的影响
图1示出聚丙烯纤维的含量w对水泥土无侧限抗压强度σ的影响，可以看出在考察的范围内，水泥土的抗压强度随着w的增加而增大，但是，w在0～0.5%时，强度σ随着w的增加速率比较大；当w在0.5～1.5%时强度σ随着w增加增长速率变缓，而且有强度下降趋势。