纤维水泥土特性的研究进展_丁玥.pdf
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1、通过对纤维水泥土材料特性及其研究进展进行分析,发现纤维种类、土质及环境条件三个方面会影响其力学性能和耐久性能 结合纤维水泥土微观形态的改变,表明上述因素主要通过纤维的抗拉性和填充土颗粒间的空隙进一步改善其性能 所得结论可为这类绿色建筑材料在工程领域的广泛适用及性能提高提供借鉴关键词:水泥土;纤维水泥土;力学特性;微观机理中图分类号:文献标识码:文章编号:()随着社会经济与科技水平的不断发展,国家基础设施建设进程不断深化,对工程建设材料也提出了更高的要求在工程建设领域中,为最大程度地合理利用资源并达到最高能效,通常会将纤维、水泥掺入土中混合制成纤维水泥土使用常见的纤维材料包括玄武岩纤维、聚丙烯纤
2、维和玻璃纤维等,此外还可以利用玉米秸秆纤维、麦秸秆纤维和剑麻纤维等植物纤维进行土壤加固近年来,国内外学者不断研究纤维掺入土中的利用效率及拓展应用领域的方法 沈圆顺等研究了纤维水泥土的路用性能,实验结果表明纤维在素土和石灰土中可以改善变形,在水泥土中改善强度的效果更好;黄钰程等将聚丙烯纤维和水泥作为处理重金属污染土壤的有效方法,通过试验验证了聚丙烯纤维水泥土作为路基替代填料的可行性;为促进纤维水泥土在农业领域的发展,莫永京等通过研究冻融循环和干湿循环下的抗压、抗渗及变形特性,证明了玻璃纤维水泥土可以应用于集雨面;等针对玄武岩纤维混凝土在隧道中抗断裂性能,建立了隧道结构的土结构有限元模型,通过扫描
3、电镜试验和力学试验证实玄武岩纤维可以利用到穿越断层隧道工程的设计中;等利用玄武岩纤维易于加工和回收的特点,基于材料用作分散钢筋的原理提出利用废玄武岩纤维替代纤维混凝土添加剂的可能性;为解决秸秆消耗问题,牛雷等把短切玉米秸秆纤维与玄武岩纤维作比较,发现 天内两者改善水泥土的强度效果相差不大,短期内玄武岩纤维可以被玉米秸秆所代替,但过量的纤维会使强度低于素水泥土的强度;张俊等针对砂土选择 的聚丙烯纤维进行加固,研究出水泥土还能用在简易机场的建设中;在基坑工程方面,针对深基坑软土,张艳军等采用石棉纤维和粉煤灰加固的方法解决了这类材料无法满足地基性能的问题,随着纤维掺量增加,试块黏聚力与内摩擦角都有不
4、同程度的增加,结合抗压抗拉试验得出的纤维为最优掺入比,同时得出改变粉煤灰含量可以改善纤维掺量的结论;等在石灰粉煤灰稳定土中掺入 剑麻纤维和石灰进行试验,发现纤维夹杂物显著提高了土的延性和抗压强度,当应用低纤维含量的复合材料时,预压缩可以改善其力学性能;武朝光等 利用 软件建立了纤维水泥土搅拌桩的基坑支护模型,与水泥搅拌桩对比得出采用纤维水泥土在基坑最大水平位移、最大沉降及桩体最大水平位移方面都具有一定程度收稿日期:基金项目:年安徽省高校自然科学研究项目(重大项目)“地铁荷载下膨胀土动力特性及模型研究”,编号:;年安徽省质量工程项目“基础工程(线上线下混合式和社会实践课程)”,编号:;年合肥学院
5、研究生创新项目“麦秸秆纤维水泥土强度及电阻率影响研究”,编号:作者简介:丁玥(),女,安徽蚌埠人,合肥学院城市建设与交通学院在读硕士研究生,研究方向:绿色建筑材料;徐亚利(),女,安徽淮北人,合肥学院城市建设与交通学院教授,土木工程系副主任,岩土工程博士,研究方向:岩土材料力学特性及本构关系DOI:10.13834/ki.czsfxyxb.2023.01.008的提高;针对沿海地区水泥土的固化问题,马惠彪等 在海水混浆的条件下分别研究了纤维长度和龄期对水泥土的影响,先借助拉拔实验得出拉拔力与纤维长度和龄期呈正相关,最优长度为,然后建立模型分析粘性接触下纤维与水泥土基体存在相互作用上述研究体现了
6、多种应用领域下不同纤维种类、不同环境及不同土质等因素都会影响纤维水泥土的特性 为提高水泥土的工程应用性,需要对纤维水泥土的特性有更深入的了解 因此,本文从纤维水泥土的力学性能、耐久性能和微观机理三个方面分析不同因素对水泥土特性的影响,借此探索改善此类绿色建筑材料在不同应用领域的方法,提高利用效率纤维水泥土的力学性能研究现状诸多研究表明:加入一定量的纤维能提高水泥土的强度,并且不同种类纤维的改善效果不同 对于掺入玻璃纤维,阮波等 针对淤泥质土进行无侧限抗压强度试验,通过掺入,和不同长度的玻璃纤维,得出加入纤维后水泥土的延性和残余强度得到提高,且最优纤维长度为,最优纤维掺入量为;后续又对聚丙烯纤维
7、水泥土的抗折强度进行研究,影响抗折强度的因素由大到小依次为土样含水率、纤维掺量、水泥掺量及纤维长度 李丽华 针对黏土得出纤维水泥土的龄期越长,无侧限抗压强度越高,在 达到峰值后趋于稳定 掺入 的玻璃纤维和的水泥后无侧限抗压强度从 变为 ,提高了 倍 等 采用玻璃纤维加筋的方法,借助无侧限抗压试验和拉拔试验,研究水泥土的含水量、水泥含量和养护时间对界面粘结强度的影响,得出界面粘结强度随水泥含量的增加呈指数增长,随含水量的减少呈指数下降,随养护时间的延长呈下降趋势,创建的模型有利于加筋水泥土的设计殷勇等 通过无侧限抗压试验、劈裂抗拉试验及三轴压缩试验分析玻璃纤维对水泥土力学性能的增强效果,试验表明
8、掺入玻璃纤维后对水泥土的抗压、抗拉和抗裂性能的提高效果明显,同时能够进一步减少变形苏红军 先通过劈裂抗拉强度试验对玻璃纤维水泥土的纤维掺量、水泥掺量、龄期和含水率开展研究,发现纤维水泥土的劈裂抗拉强度与纤维掺量、水泥掺量、龄期呈正相关,与含水率为负相关关系,然后结合灰色关联理论得出影响程度由高到低为水泥掺量、含水率、龄期和纤维掺量对于掺入玄武岩纤维,由于水泥土路基抗拉性能低且易收缩开裂,多雨道路在车辆荷载和雨水的作用下会发生不同程度的变形,陈猛 针对此类问题研究淤泥质黏土在干湿循环条件下的力学强度变化规律,湿次数为次时,力学强度达到最大值 不同水泥掺量的纤维水泥土在干湿多次后抗压强度相应降低,
9、间接抗拉强度与不做干湿循环的试块持平,若增加水泥掺量抗压强度会随水泥掺量有所增加,但仍低于干湿次的力学强度基于实际工程中会出现纤维水泥土加固的地基周围机械开挖或爆破施工的情况,马芹永等 针对纤维水泥土的动力学特性开展不同纤维掺量水泥土的冲击压缩及动态劈裂试验,水泥土吸收能随着纤维掺量增大而增大,超过最佳掺量 后吸收能呈降低趋势 等 通过泌水、流动、劈裂拉伸试验等探讨了玉米壳纤维对高含水量水泥土性能的影响 在含水量相同时,水泥和纤维含量是影响泌水率和流量值的主要因素,两者的增加会导致流动值和泌水率降低 对于力学性能,由于纤维掺量的增加及纤维与水泥土颗粒之间接触面积的增加,使得泥土抗压抗拉强度提高
10、通过分析能量吸收也得出,随着应变的增加,纤维对能量吸收应变的改善作用逐渐明显对于钢纤维,针对梁柱接头和剪力墙等容易发生剪切破坏的情况,等 采用改进的双平面直剪试验研究定向钢纤维增强剪切性能的变化规律,试验得出钢纤维水泥土有更好的抗剪能力和剪切变形能力;当钢纤维的体积分数在 范围内时,钢纤维的排列使剪切强度、模量和韧性分别提高,和,同时论证出定向排列比随机排列的抗剪性能有所提高 等 研究不同长度的钢纤维、聚丙烯纤维和聚烯烃纤维共七种纤维对纤维加固水泥砂(,)的力学性能的影响,通过比较个参数即提高峰值强度比、脆性指数、改善变形比、提高韧性比、韧性指数和强度指标得出,钢和聚烯烃纤维具有高剪切抗力,钢
11、纤维对峰值强度的提高效果最好 等 将水泥、粉煤灰和钢纤维掺入土中研究路基施工的加州承载比(,),试验表明水泥和粉煤灰有利于改善塑性较低和细粒含量较高的土壤性质,范围内的水泥可以显著改善其塑性,钢纤维可以提高 值,因此粉煤灰钢纤维水泥土可以作为路面路基土的替代材料部分学者的试验方案如表所示,水泥掺量多集中于,可能考虑到过多的纤维易缠绕成纤维团,对力学性能没有改善作用,故纤维掺量大部分取值在以下表纤维水泥土力学性能试验方案作者样本尺寸水泥掺入量土壤类型纤维种类纤维掺量纤维长度养护期龄阮波 长宽高:淤泥质土、复合硅酸盐水泥玻璃纤维,阮波 长宽高:,湖南某工地、级复合硅酸盐水泥聚丙烯纤维,李丽华 直径
12、 高度 ,黏土、玻璃纤维,殷勇 抗压抗拉:长宽高 三轴试验:直径 、高 的圆柱体,盐城地区软黏土、海螺 复 合 硅 酸 盐水泥无碱短切玻璃纤维,陈猛 直径 高度,淤泥质土、级普通硅酸盐水泥玄武岩纤维,马芹永 直径 高度 普通硅酸盐水泥玄武岩纤维,长宽高:水砂比:级普通硅酸盐水泥钢纤维,等效直径、长径比 纤维水泥土的耐久性能研究当纤维水泥土应用于工程时,要考虑材料抵抗自身和环境的长期破坏 为保证工程质量安全与寿命,研究纤维水泥土的耐久性至关重要部分学者对耐久性能的试验方案如表所示表纤维水泥土耐久性能试验方案作者样本尺寸水泥掺入量土壤类型纤维种类纤维掺量纤维长度固化条件耐久性指标许巍 直径 高度;
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