玄武岩纤维改良红黏土的实验研究

2022-03-22谭纯粟梅张佳霖

新疆有色金属 2022年1期

谭纯粟梅张佳霖

（六盘水师范学院矿业与土木工程学院，贵州六盘水 553000）

0 引言

红黏土具有含水率高、孔隙较大、遇水发生膨胀、失水发生收缩等特点，常被用作填充料[1]。在贵州，红黏土的发育极其典型且遍布全省，是工业与民用建筑主要的天然地基，另外，红黏土与其边坡工程及岩溶生态环境的改善密切相关。被广泛应用于生态保护、工程建设。玄武岩纤维在混凝土加固方面已得到很好的应用[2]，然而玄武岩纤维在特殊性土体改性方面的研究较少，因此，开展这方面的研究，具有重要的工程意义。

1 实验设计

1.1 实验材料

本次实验的红黏土材料选用贵州六盘水地区，六盘水红黏土在亚热带温湿气候条件下经过特殊的风化作用形成残积、坡积的褐红色、棕红色的高塑性粘土。本次采用的玄武岩纤维是一种具有优越的力学性能、良好的相容性、典型的纯天然无污染的绿色硅酸盐纤维。玄武岩纤维具有强度高、耐腐蚀、绝缘隔热等多种优异性能，广泛用于铺设沥青道路、拌合混凝土砂浆等。

1.2 实验方案

（1）进行击实试验研究土的最优含水率，土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有着密切的关系。目前常用的击实试验有两种方法，分别是:轻型击实试验和重型击实试验。轻型击实试验的操作方法是分为三层填筑土样，每一层用锤敲击27 击，重型击实试验分为五层填筑土样，每一层用锤敲击76 击，两层接触土面应刨毛，击实完成后，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm[3]。本试验采用轻型击实试验。

（2）通过液塑限联合测定法进行试验，根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在对数坐标上的线性关系得出液限、塑限。

（3）通过实验将原状土与混合玄武岩纤维的红黏土作对比。

①称取原状土132.6g，按照标准进行固结试验。

②将不同比例的玄武岩纤维掺入到实验制备的红黏土中，分别为3%、6%、9%、12%。当含水率为45%时，严格按比例平行制样，减小实验误差。

固结试验：进行固结试验时，必须严格制备好试样后测定土样密度，取出适量的剩余土体，并测定土体含水率，为了防止水分蒸发作用影响实验结果，需要将玻璃片覆盖环刀两端。将带有土样的切土环刀安装在固结仪的固结容器内并固定好，确保准确放置在加压台正中，并检查试样与压缩仪各部件接触良好。加压等级依据50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa 的顺序依次加压。实验结束得出数据，根据公式计算土样的初始孔隙比、孔隙比、压缩系数及压缩模量。

各级荷载固结稳定后的孔隙比：

2 实验结果与分析

2.1 液限和塑限确定

土的塑限和液限如表1所示：

表1 土的塑限及液限

2.2 玄武岩纤维对红黏土压缩系数和压缩模量的影响

不同掺量下玄武岩纤维对红黏土的压缩系数和压缩模量值的影响关系曲线，如图1、图2所示。

图1 玄武岩纤维不同掺入量与压缩系数的关系

图2 玄武岩纤维不同掺入量与压缩模量的关系

（1）通过实验数据表明，玄武岩纤维含量的增加，抗压强度随之增大。掺入量越大，垂直压力在12.5kPa到25kPa时，孔隙比下降的趋势明显；垂直压力在25kPa 到100kPa 之间，孔隙比变化微小；直到垂直压力在100kPa 到200kPa 时，孔隙比相对垂直压力在12.5kPa到25kPa时下降稍快。随着纤维的加入抗压强度一直持续上升。

（2）随着玄武岩纤维掺入量的增加，红黏土的压缩系数先减小后增大，在掺入量3%到9%之间，压缩系数变化较小且接近平缓；在6%时，压缩系数值最小，可以知道压缩系数越小，土的压缩性也是越小。极小值为6%时对应的纤维掺入量最有利于降低土的压缩性；当掺入的腈纤维量为9%～12%时，压缩系数为持续上升趋势，玄武岩纤维的掺入量达到12%时为最大值。

（3）根据实验研究得出土体的压缩模量随玄武岩纤维掺入量的增加呈先增大后减小的趋势，在玄武岩纤维掺入量为6%时达到峰值。在玄武岩纤维掺入量为0%到6%之间，压缩模量呈上升趋势，并且变化较大；在6%时，取得极大值，此时对应的玄武岩纤维掺入量最有利于降低土的压缩性；在玄武岩纤维掺入量为6%到12%之间，压缩模量持续变小，且变化较大。