一种聚丙烯纤维加筋盐渍土及其固化方法.pdf

本发明涉及一种聚丙烯纤维加筋盐渍土及其固化方法。本发明属于软土地基处理技术领域。一种聚丙烯纤维加筋盐渍土，盐渍土掺加聚丙烯纤维、石灰和粉煤灰，聚丙烯纤维加筋率为0.1％-0.3％，石灰含量为6-10％，粉煤灰含量为12-20％。一种聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的方法，包括以下工艺过程：(1)聚丙烯纤维处理：将聚丙烯纤维进行截断预处理，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm；(2)盐渍土加筋固化：将质量加筋率0.1％-0.3％的聚丙烯纤维、质量含量6-10％的石灰、质量含量12-20％的粉煤灰，与盐渍土搅拌均匀进行固化施工。本发明具有施工简单，价格低廉，经济环保，固化效果好，抗压和抗剪强度高，抗变形性能强，可广泛应用于盐渍土固化工程等优点。

1.  一种聚丙烯纤维加筋盐渍土，其特征是：盐渍土掺加聚丙烯纤维、石灰和粉煤灰，聚丙烯纤维的质量加筋率为0.1％-0.3％，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm，石灰的质量含量为6-10％，粉煤灰的质量含量为12-20％。

2.  按照权利要求1所述的聚丙烯纤维加筋盐渍土，其特征是：聚丙烯纤维为束状单丝，单丝直径为0.02-0.05mm。

3.  按照权利要求1或2所述的聚丙烯纤维加筋盐渍土，其特征是：盐渍土为中等氯盐渍土，氯根Cl^-含量为9-9.5g/kg。

4.  一种聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法，其特征是：聚丙烯纤维加筋盐渍土固化方法包括以下工艺过程：
(1)聚丙烯纤维处理：将聚丙烯纤维进行截断预处理，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm；
(2)盐渍土加筋固化：将质量加筋率0.1％-0.3％的聚丙烯纤维、质量含量6-10％的石灰、质量含量12-20％的粉煤灰，与盐渍土搅拌均匀进行固化施工。

5.  按照权利要求4所述的聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法，其特征是：盐渍土加筋固化后，进行施工养护，养护时间为21-28天。

一种聚丙烯纤维加筋盐渍土及其固化方法
技术领域
本发明属于软土地基处理技术领域，特别是涉及一种聚丙烯纤维加筋盐渍土及其固化方法。
背景技术
目前，滨海盐渍土是一种呈细颗粒状的特殊土，含有0.3％-3％的易溶盐，主要成分为氯化钠，氯盐遇水溶解、蒸发结晶，氯盐渍土易产生溶陷、盐胀和吸湿软化等不良工程问题，须经改性或固化处理才能在建设工程中使用。
因为氯盐渍土对水泥具有一定的腐蚀性，因此通常采用石灰、粉煤灰等材料固化滨海盐渍土。但石灰粉煤灰固化土的脆性较强，在交通荷载作用下容易出现裂纹等问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的问题而提供一种聚丙烯纤维加筋盐渍土及其固化方法。
本发明聚丙烯纤维与石灰粉煤灰共同加筋固化盐渍土的方法，在固化土中掺入延性好、韧性高、耐腐蚀的聚丙烯纤维丝，掺加石灰和粉煤灰，使得在提高固化土强度的同时，又能增强土的抗变形性能，以适应交通荷载的疲劳作用，减缓裂纹发生的时间和数量，具有较好的阻裂效果。
本发明以聚丙烯纤维丝为加筋材料，与石灰粉煤灰共同固化滨海盐渍土，以解决因滨海盐渍土的盐胀、溶陷和吸湿软化所引起的低强度和大变形问题，提高加筋土的强度和抗变形能力，使其满足作路堤填料的要求，应用于滨海盐渍土地区的道路工程建设中。
盐渍土工程改性与固化应当满足充分利用当地土料和材料施工便利、费用低廉、质量符合行业标准或国家标准的要求。对于滨海盐渍土的固化，由于土中的盐分作用，对水泥具有一定的腐蚀性，且水泥价格相对较高，因此不宜采用水泥固化。由于滨海盐渍土具有强烈的吸湿特性，常用的石灰固化盐渍土易于吸湿软化，丧失部分强度，不能用于高等级公路的路堤填筑。选用粉煤灰作为路堤填料，一是因为粉煤灰属于工业排放废渣，价格低廉，二是粉煤灰质量轻，用在滨海软土地区可以减少路堤的沉降量。
聚丙烯纤维具有质轻、强度高、耐酸、耐碱、抗微生物、干湿强力相同、抗低温性强、无毒无污染的优良性能。使用聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土，可提高固化土的 强度，使路基沉降均匀，减少地面龟裂，提高土的抗疲劳性能和抗冻融性能，改善土的耐久性和抗老化性。
本发明的目的之一是提供一种价格低廉，经济环保，固化效果好，有效提高土的抗压强度和抗剪强度，增强土的抗变形性能等特点的聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土。
本发明聚丙烯纤维加筋盐渍土为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种聚丙烯纤维加筋盐渍土，其特点是：盐渍土中掺加聚丙烯纤维、石灰和粉煤灰，聚丙烯纤维的质量加筋率为0.1％-0.3％，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm，石灰的质量含量为6-10％，粉煤灰的质量含量为12-20％。
本发明聚丙烯纤维加筋盐渍土还可以采取如下技术方案：
所述的聚丙烯纤维加筋盐渍土，其特点是：聚丙烯纤维为束状单丝，单丝直径为0.02-0.05mm。
所述的聚丙烯纤维加筋盐渍土，其特点是：盐渍土为中等氯盐渍土，氯根Cl^-含量为9-9.5g/kg。
本发明的目的之二是提供一种施工简单，固化效果好，有效提高土的抗压强度和抗剪强度，增强土的抗变形性能等特点的聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的方法。
本发明聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法所采取的技术方案是：
一种聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法，其特点是：聚丙烯纤维加筋盐渍土固化方法包括以下工艺过程：
(1)聚丙烯纤维处理：将聚丙烯纤维进行截断预处理，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm；
(2)盐渍土加筋固化：将质量加筋率0.1％-0.3％的聚丙烯纤维、质量含量6-10％的石灰、质量含量12-20％的粉煤灰，石灰的质量含量为6-10％，粉煤灰的质量含量为12-20％，与盐渍土搅拌均匀进行固化施工。
本发明聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法还可以采取如下技术方案：
所述的聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法，其特点是：盐渍土加筋固化后，进行施工养护，养护时间为21-28天。
本发明具有的优点和积极效果是：
聚丙烯纤维加筋盐渍土及其固化方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术 相比，本发明采用聚丙烯纤维丝作加筋材料，在土中掺加少量石灰和粉煤灰，共同加筋固化盐渍土，属于物理化学方法，可提高土的强度和抗变形能力，是一种成本低廉、耐久性好且施工简单的加筋固化方法。本发明具有以下明显优点与特点：
聚丙烯纤维掺入石灰粉煤灰固化土中，成本低廉、施工简单、固化效果好，可广泛应用于盐渍土固化工程。
聚丙烯纤维与石灰粉煤灰共同加筋固化滨海盐渍土，不仅提高了土的抗压强度和抗剪强度，还增强了土的抗变形性能。
聚丙烯纤维掺入土中，近似于各向同性，未改变土自身的物理力学性质。纤维与石灰粉煤灰共同加筋固化盐渍土属于物理化学方法。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：
实施例1
一种聚丙烯纤维加筋盐渍土，盐渍土为中等氯盐渍土。盐渍土中掺加聚丙烯纤维、石灰和粉煤灰。聚丙烯纤维为束状单丝，单丝直径为0.02mm；聚丙烯纤维的质量加筋率为0.1％，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm，石灰的质量含量为6％，粉煤灰的质量含量为12％。
盐渍土物理性质、盐分离子含量及聚丙烯纤维的物理力学性质见表1、表2和表3。
表1盐渍土的基本物理性质指标

土的主要矿物成分依次为石英、长石、云母；粘土矿物为蒙脱石、伊利石、少量高岭石。
表2盐渍土中盐分离子含量测试结果

表3聚丙烯纤维的物理力学参数

实施例2
一种聚丙烯纤维加筋盐渍土，盐渍土为中等氯盐渍土。盐渍土组成同实施例1。盐渍土中掺加聚丙烯纤维、石灰和粉煤灰。聚丙烯纤维为束状单丝，单丝直径为0.048㎜；聚丙烯纤维的质量加筋率为0.3％，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm，石灰的质量含量为10％，粉煤灰的质量含量为20％。
实施例3
一种聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法，其固化施工包括以下工艺过程：
(1)聚丙烯纤维处理：将聚丙烯纤维进行截断预处理，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm；
(2)盐渍土加筋固化：将质量加筋率0.1％的聚丙烯纤维、质量含量6％的石灰、质量含量12％的粉煤灰，与盐渍土搅拌均匀进行固化施工。
盐渍土加筋固化后，进行施工养护，养护时间为28天。
实施例4
一种聚丙烯纤维加筋盐渍土的固化方法，其固化施工包括以下工艺过程：
(1)聚丙烯纤维处理：将聚丙烯纤维进行截断预处理，聚丙烯纤维长度为12mm-31mm；
(2)盐渍土加筋固化：将质量加筋率0.3％的聚丙烯纤维、质量含量10％的石灰、质量含量20％的粉煤灰，与盐渍土搅拌均匀进行固化施工。
盐渍土加筋固化后，进行施工养护，养护时间为21d。
本实施例的具体实施测试过程如下：
作为路堤填料使用的聚丙烯纤维加筋固化土的强度主要考虑到抗压强度和抗剪强度，因此，利用无侧限抗压实验和三轴压缩实验，比较盐渍土、纤维加筋盐渍土、石灰粉煤灰固化土、纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的抗压强度和抗剪强度，确定适宜的纤维加筋长度和质量加筋率，阐述聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的加筋固化效果。
(1)聚丙烯纤维加筋盐渍土的抗压实验
由重型击实实验确定盐渍土的最优含水率为15％、最大干密度为1.92g/cm³。以下所 列数据均以最优含水率和96％压实度为制样条件。试样直径61.8mm、高125mm。
根据前期研究天然纤维与石灰加筋固化土的抗压性能的结果，选择聚丙烯纤维的质量加筋率为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％和0.3％；纤维加筋长度为6、12、19、25和31mm。研究不同的加筋长度和质量加筋率对加筋土抗压强度的影响，确定适宜的加筋长度和质量加筋率。结果显示：纤维加筋固化土的适宜加筋长度为12mm-25mm，质量加筋率为0.2％-0.3％的纤维加筋土的抗压强度与盐渍土的相比，有较大提高。测试结果见表4。
表4聚丙烯纤维加筋盐渍土与盐渍土的无侧限抗压强度


表4显示：纤维加筋长度相同时，质量加筋率0.25％的纤维加筋土的抗压强度最大；质量加筋率相同时，纤维长度19mm的加筋土的抗压强度最大，25mm的次之。因此，无侧限抗压实验中，纤维加筋盐渍土适宜的纤维加筋长度为19mm、质量加筋率为0.25％。
表5为不同含盐量条件下，盐渍土、聚丙烯纤维加筋盐渍土、纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的无侧限抗压强度。纤维加筋长度19mm，质量加筋率0.25％。
表5不同含盐量条件下聚丙烯纤维加筋盐渍土与盐渍土的无侧限抗压强度

由表5可见，随含盐量的增加，盐渍土、纤维加筋盐渍土及纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的抗压强度均减小，当含盐量大于3.6时，抗压强度降幅增大。纤维加筋盐渍土的抗压强度均大于盐渍土的，含盐量为1％、2％、3％、3.6％、4.5％、5.5％时，增幅分别为17.5％、34.8％、33.2％、26.5％、67.4％、107％。表明含盐量较大时，纤维的加筋效果更加显著，纤维在提高土的抗压性能的同时，还能改善盐渍土溶陷、盐胀和吸湿软化等不 良特性。
与盐渍土相比，纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的抗压强度增幅更为显著。含盐量为1％、2％、3％、3.6％、4.5％、5.5％时，增幅分别为191％、242％、202％、180％、143％、202％。
(2)聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的抗压实验
制样条件：纤维加筋长度19mm；质量加筋率0.25％；石灰掺量6％；粉煤灰掺量12％。
石灰粉煤灰固化土、纤维与石灰粉煤灰加筋固化土不同养护时间抗压强度测试结果见表6。
表6不同养护时间石灰粉煤灰固化土及纤维与石灰粉煤灰加筋固化土的抗压强度

无侧限抗压强度实验结果显示，养护时间为7d、14d、21d、28d时，纤维与石灰粉煤灰加筋固化土的无侧限抗压强度与石灰粉煤灰固化土相比，分别提高了43％、43％、53％、55％。
纤维加筋盐渍土具有各向同性的力学性质，与盐渍土相比，其抗压强度显著提高。纤维的掺入使土体形成三维空间结构体系，纤维承担部分拉应力，对土颗粒间的连接起到桥梁作用，有效的约束土颗粒的滑移和偏转，限制土体裂缝的发生、开展和延伸，增强了土体的塑性和整体稳定性。
(3)聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的三轴压缩实验
根据无侧限抗压实验结果，选择适宜的加筋长度和质量加筋率制备试样。
制样条件：纤维加筋长度19mm；质量加筋率0.2％；石灰掺量6％；粉煤灰掺量12％。
聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的三轴压缩实验结果见表7和表8。
表7石灰粉煤灰固化土及聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的抗剪强度指标

表8石灰粉煤灰固化土及聚丙烯纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的破坏应变

表7显示：养护时间为7、14、21、28d时，纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的黏聚力与石灰粉煤灰固化土的相比，分别提高了58％、54％、50％和49％，但内摩擦角变化较小。表明加筋效果主要体现为粘聚力的增大，而对内摩擦角的影响较小。围压相同时，纤维加筋盐渍土的破坏应变也有显著提高，在应力达到峰值后，仍保持较高的残余强度，随着轴向应变的增加，强度损失减小。随养护时间的延长，粘聚力的增长率呈递减趋势，在养护21d和28d时，粘聚力增长率趋于稳定。
表8说明：养护时间为7、14、21、28d时，纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土的破坏应变有大幅提高。养护时间为21d时，石灰粉煤灰固化土由塑性破坏转变为脆性破坏；而纤维与石灰粉煤灰加筋固化盐渍土仍为塑性破坏，表明加筋改变了土的破坏形式，延长了破坏时间。
当荷载作用于纤维加筋土时，筋土间产生相互错动的趋势，筋土间的摩阻力增大，对土的约束力增强，导致土的抗剪强度提高。另一方面，纤维在土中无序分布，相互交织在一起，任何一段纤维的位移都会牵动与其交织的各个方向的纤维，形成空间约束作用。因此，加筋不仅提高土的抗剪强度，还约束了土的变形。