105-108Tie20.5:105-108中国农大学学报玻璃纤维对水泥土抗压和抗拉强度的影响彭红涛1莫永京雷廷武1杨素平1张心平1中国农业大学水利与土木工程学院2中国科学院、水利部水土保持研究所）分析了玻璃纤维长度和擦入量对水混十抗压和抗拉强度的影响机理，试验结果表明，在考察范内商要水泥土的强度随着玻璃纤维长度和掺入量的增加而璀大，且玻璃纤维掺量对水泥土抗拉强度的影响比抗压强度更显著,但当玻璃纤维掺入量超过一定限度时，水泥土的强度反而会降低。关键词 玻璃纤维：水泥土：抗压强度：抗拉强度分类号TU442Effects of Glass Fiber on the Compressive and TensileStrength of Soil-cement MixturesPeng Hongtao'Mo Yongjing' Lei Tingwul-Yang Suping'Zhang Xinping'1 College of Water Cand Civil Ering.CAion,CAS and WRM)InsSoilAbstrlengthof glass fibsoil-cemerrengmixtures and the mechanism of glass fiber reinforcement were studied. The results showedthat tthe strength of soil-cement mixtures was increased with content and length of glassfibers. It wasas found the glass fiber content has a greater effect on the tensile strength of soilWhen the content of glass filcemenires:herayaluth of glass fibeteKey wordsglass fiber, soil-cement mixtures; compressive strength;tensile strengt呆用在水泥土中掺入玻璃纤维的方法可以获得比水泥土强度更高的纤维水泥土[1.]。由于玻璃纤维细长（单丝直径13.16士1.5μm),因此与水泥土有较大的接触面，能获得更大的粘力。纤维水泥土是一种三维加筋材料，其抗冲刷能力和承受动荷载的能力较同等条件下的水泥土有所增强，并且较好地保持了土体的天然性，与环境较为协调，可以在边坡、挡土墙、基础垫层及其他应力状态复杂、承受往复荷载的工程中应用。玻璃纤维是如何影响水泥土强度的，特别是它的长度和掺入量对水泥土强度的影响，尚需要通过大量试验来分析。试验材料与方法1.1试验材料1)水泥。由于使用中一般对水泥土强度的要求不是很高，所以试验中采用工程建设中大量收稿日期：1999-12-2国索重点科技产业工程项目2彭红涛，北京清华东路17号中国农业大学（东校区）59信籍，100083
to；一／g。 中国 农 业大 学 学 报 2000，5(4)：l05～ 108 JournalofChinaA griculturalUniversity 玻 璃 纤维 对 水 泥 土 抗 压 和 抗 拉 强 度 的影 响。 彭红涛 莫永京 雷廷 武 杨素平 张心平 (1中国农业大学水利与土木工程车雨—彳 科学院、水利部水土保持研究所) 摘 要 分析 了玻璃纤维长度和掺入量对水泥土抗压和抗拉强度的影响机理 。试验结果表明，在考察范围内 水 泥 土 的强 度 随 着 玻 璃 纤 维 长 度 和 掺 入 量 的增 加而 增 大 ，且 玻 璃 纤 维 掺 量 对 水 泥 土 抗 拉 强 度 的 影 响 比抗 压 强 度 更 显 著 ，但 当玻璃 纤 维 掺 入量 超 过 一 定 限度 时 ，水 泥土 的 强 度反 而 会 降低 。 关键词 苎 ； ；苎 ；甚苎里垦 分 类 号 TU 442 Effeets of G lassFiber on the Com pressive and Tensile Strength of Soil—cem entM ixtures PengHongtao MoYongjing LeiTingwu‘。 YangSuping ZhangXinping (1CollegeofW aterC。. ancv and Cim lEngineering，C AU 2 Institute forSoiiand W ate~Conservadon，CA S 蛆 d W R M Abstract T he effects of contentand length ofglass fibers on the strength ofsoil—cem ent m ixtures and the m echanism ofglass fiber reinforcem entw ere stnd led． The results showed that the strength of soil—cem ent m ixtures was increased w ith content and length of glass fibers． Itw as found theglass fibercontenthas agreatereffecton the tensilestrength ofsoil— cem entm ixtures． W hen thecontentofglassfibersrose to a value，the strength ofglassfiber reinforced soilcementspecimenssubsequentlyfelloff． Key words glassfiber；soil—cementmixtures；compressivestrength；tensilestrength 采用 在水泥 土 中掺 入玻璃 纤维 的方法 可 以获得 比水泥土强 度更 高的 纤维 水 泥土h．z]。由于 玻璃 纤维 细长 (单丝 直径 13．16士1．5 )，因此 与水泥 土有较 大 的接 触面 ，能 获得更 大 的粘聚 力 。纤 维水 泥土是 一种 三维 加 筋材料 ，其 抗冲刷 能 力和 承受动荷 载 的能 力较 同等 条件 下的水 泥 土有所 增 强 ，并且 较好地 保 持了土 体 的天 然性 ，与环境较 为 协调 ，可 以在 边 坡 、挡 土墙 、基 础 垫 层及其 他应 力状 态复杂 、承受 往复荷 载的工 程 中应 用 。玻 璃纤 维是如 何影 响水泥土 强度 的 ，特 别是它 的长度 和掺 入量 对 水泥 土强度 的影响 ，尚需 要通过 大量 试验来 分析 。 1 试验材料与方 法 1．1 试验材 料 1)水 泥 。由于使 用 中一般 对水泥土 强 度的要求 不是很 高 ，所 以试验 中采用工 程建设 中大量 收稿 日期 ：1999—12—22 ① 国家 重 点 科技 产 业工 程项 目 ② 彭 红 诲 ，北 京 情 华 东路 l7号 中国农 业 大 学 (末 校 区)59信箱 ，100083 维普资讯 http://www.cqvip.com
普资讯2000年中国农业大学学报106使用的325号矿渣水泥，其28d抗折强度为6.8MPa.抗压强度为36.3MPa21土料。从距地表1m以下取土.在室内摊开风干，粉碎结块（避免压碎颗粒原状），用5mm的筛子筛去僵块、石子和其他杂质。土料为轻壤土，主要物理性能：单丝直径13.16±1.5um，纱密度300~2400tex.抗碱浸润玻璃纤维，软化点温度为860℃。耐碱性能指剂含量1.0%~2.0%，含水率<0.1%，硬挺度m标经100 C的 Ca(OH)，饱和溶液浸泡 4 h后单丝强度保留率>85%,直径缩小率<10%;在100℃，质量分数为10%的Na0H溶液中浸泡1h后质量减小率<5%。将玻璃纤维切成长度分别为5.7和9cm的短纤维取水泥掺入量10%，水泥土含水率14.4%.干密度1.77gcnn-3,制备成水泥土水泥士混合料1.2试验方法试件模具的尺寸为7.07cm×7.07cm×7.07cm，试件采用挤压法成型ta。制试件时，在撤下配制好的泥土混合料定比例的玻璃纤维。压三力机式件模内午进微开白2. 0kN·s-的速度慢慢将混合料全部压入试模内，稳定30s后拆模，用塑料薄膜封盖严1.5~密，2～3 h后，进行编号，装入塑料袋密封，放入标准养护室，让其靠自身成型水分养护。试件龄期为28d.提前1d从养护室取出，放入水中浸泡24h后取出，用湿毛巾覆盖，防止水分散进行无侧限抗压强度试验时，压力机以1.5～2.0kN?s-1的速度连续而均匀地加荷，直到试件破坏；进行剪裂抗拉强度试验时，压力机以0. 2~0.3kV·s-1的速度连续而均匀地加荷，直到试件破坏。试验结果与分析玻璃纤维对水泥土无侧限抗压强度的影响2.图1示出玻璃纤维长度！和质量分数w对水泥土无侧限抗压强度。的影响。可以看出，在考察范图内a随1的增长而加大。w为0~0.1%时，a随w的增大而增大；w由0.1%增至0. 2%时,a增加缓慢；当w达到 0. 2%时,a最大。1 分别为 9,7 和 5 cm时,a分别为 2. 04,1. 97和 1.73 MPa.比不掺玻璃纤维的水泥七抗压强度(1. 61 MPa)分别增加 26.7%、22. 4.%和t超过0.2%时，a开始下降：因此，适量掺入玻璃纤维可以提高水泥土的无侧限抗5%：当压强度，但若玻璃纤维的掺入量超过一定限度，水泥土的无侧限抗压强度不但不会增加，反而会下降。图 1 效璃纤维长度 和质量71.5分数 w 对水泥±无侧5cm限抗压强度。的影有.0.200.250.300.050.10w/g
中 国 农 业 大 学 学 报 2000篮 使 用 的 325号 矿 渣 水 泥 ，其 28d抗 折 强 度 为 6．8MPa，抗 压 强 度 为 36．3MPa。 2J土 料 从 距地 表 1m 以下取土 ．在室 内摊 开风 干 ，粉碎结 块 (避 免 压碎颗 粒 原状 )，用 5 mm 的筛子 筛去 僵块 、石子 和其 他杂质 。土料 为轻 壤土 。 3】玻璃 纤维 。主要 物理性 能 ：单 丝 直径 13．16士1．5gm，纱密 度 3O0～ 2400tex，抗碱 浸润 剂 含 量 1．0％ ～2．0％，含 水率< o．1％ ，硬挺 度 >16Omm，软 化 点温度 为 860C。耐碱性 能 指 标 ；经 100C的 Ca(OH)。饱 和溶液 浸 泡 4h后单 丝强度 保 留率> 85％ ，直径缩 小率 < 10％ ；在 100℃，质量分 数 为 lo％的 NaOH溶 液 中浸 泡 1h后质 量减小率 <5％。将玻 璃纤 维切 成长度 分别 为 5．7和 9em 的短纤维 。 4)水泥土 取水 泥掺入量 10％ ，水泥土 含水率 14．4％ ，干密度 1．77g-cm ，制备 成水泥 土 混 合 料 1．2 试 验 方 法 试 件 模具 的尺 寸 为 7．07cm×7．07em×7．07cm，试件 采 用挤 压法 成 型【3]。制 试件 时 ，在 试件 模 内 一面撤下 配制 好 的水泥 土混合 料 ，一面 放 进散 开 的一 定 比例 的玻 璃 纤 维 。压力机 以 1．5～2．0kN·s-1的速 度慢 慢将混 合料 全 部压入 试模 内，稳定 30s后拆 模 ，用 塑 料薄 膜封 盖严 密 ，2～ 3h后 ，进行 编号 ，装入塑 料袋 密封 ，放 入标 准 养护室 ，让 其靠 自身成 型水 分 养护 。试件 龄 期 为 28d．提前 1d从 养 护室 取 出 ，放 入 水 中浸 泡 24h后取 出，用 湿 毛 巾覆 盖 ，防止 水分散 失 进 行 无侧限 抗压 强度 试验 时 ，压力 机 以 1．5～ 2．0kN·s-1的速度 连续 而均 匀地 加荷 ，直到 试件 破坏 ；进行 劈裂 抗 拉强 度试验 时 ，压力 机 以 0．2～O．3kN·s 的速 度连 续 而均 匀 地 加荷 ， 直 到 试 件 破 坏 2 试验结果 与分 析 2．1 玻 璃纤维对 水泥 土无 侧限抗 压强度 的影响 图 1示 出玻 璃纤 维长度 z和 质量 分数 ” 对 水泥土 无侧 限抗压强 度 的 影响 。可 以看出 ，在 考 察 范 围 内 ， 随 f的增 长而 加大 。w 为 o～O．1％时 ， 随 W 的增大 而增大 ；" 由 0．1％增 至 0．2％时 ， 增 加缓慢 ；当 " 达到 0．2％时 ， 最大 。z分别 为 9，7和 5ci11时 ， 分 别为 2．04，1．97 和 1．73MPa，比不 掺 玻 璃 纤 维 的 水 泥 土 抗 压 强 度 (1．61MPa)分 别 增 加 26．7％ ，22．4％和 7．5％ ；当 超过 0．2％时 ， 开 始下 降 ：因此 ，适 量掺 入玻 璃 纤维 可 以提 高 水 泥土 的 无侧 限 抗 压 强度 ．但若玻 璃纤 维 的掺 入 量超过 一定 限 度 ，水泥 土 的无侧 限抗 压强 度不但 不会增 加 ，反 而 会 下 降 围 1 玻璃 纤 维 长度 f和 质 量 分 数 对 水 泥 土 无 侧 限抗 压 强 度 曲 影 响 维普资讯 http://www.cqvip.com
vip.co彭红涛等，玻璃纤维对水泥土抗压和抗拉强度的影响107第4期2. 2 玻璃纤维对水泥土劈裂抗拉强度的影响示出玻璃纤维长度！和质量分数w对水泥土劈裂抗拉强度，的影响。可以看出，在~0.2%时.c,随w的增大而增大：当w达到0. 2%考察范围内.随着1的增长,c,增大。w为0~时.，最大。2分别为9,7和 5cm时,o,分别为0.151.0.149 和0.144MPa,比未掺玻璃纤维的水泥上劈裂抗拉强度(0.115MPa)分别增大31.30%，29.56%和25.21%。玻璃纤维对水泥土劈裂抗拉强度的增强作用显然比在相同条件下对水泥土无侧限抗压强度更显著。当w超过，因此·在水泥土中掺入玻璃纤维不宜过多，可根据工程需要，通过试验0.2%时%开始下降确定玻璃纤维的掺入量图 玻璃纤维长度 1 和质量数u 对水泥土劈裂抗拉强度的影Q62.3玻璃纤维对水泥土抗压、抗拉强度影响的机理分析掺入适量玻璃纤维后.随着水泥土的固结硬化，水上与玻璃纤维间会产定的粘结力，检查破坏的玻璃纤维增强试件(图3)可以看出，试件破坏的主要原因是玻璃纤维被拉出或拉断。这与纯水泥土试件的破坏情况不同。玻璃纤维增强试件在第 1 条裂缝出现后,如果玻璃纤维的拉售出抵抗力即玻璃纤维与水泥土的粘结力）大于出现裂缝处的荷载，则由玻璃维纤维承受裂缝处的全部荷载。随着荷载的增大，玻璃纤维通过粘图3玻坏的玻璃纤丝增强水泥土武件结应力把附加的应力传递给水泥土体，这时水泥土体会由于受到不断增大的荷载的作用，出现更多的裂缝。这种裂缝增多的过程将继续下去，直至玻璃纤维被拉断，由于脱去粘结力而被拉出，因此，适量掺加玻璃纤维可以延迟水泥土微裂缝的扩展，提高水泥土的强度，改善水泥土的抗裂性能，在组成玻璃纤维水泥土的水泥、土、水和玻璃纤维4种材料中，水泥和土与水作用可产生一定的粘聚力，而玻璃纤维不产生粘聚力。水泥土的强度应该说是来源于这种粘聚力的。若玻璃纤维掺入量超过一定限度，水泥和土就会减少过多，水泥土体中的粘聚力会急剧下降，从而使水泥土强度降低：因此，在王水泥土中掺入过多的玻璃纤维不仅不能提高水泥土的强度，反而会使其降低.同时增加材料成本
第 4期 彭 红 涛等 ：玻 璃纤 维 对 水 泥 土抗 压和抗 拉强 度 的 影响 107 2．2 玻璃 纤维对 水泥 土劈 裂抗拉 强度 的影响 图 2示 出玻璃 纤维 长度 和 质量 分 数 ” 对 水泥土 劈裂抗 拉强度 的影响 。可 以看 出 ，在 考察范 围 内 ，随 着 的增 长 ， 增大 。 为 O～O．2％时 ， 随 的增 大而增 大 ；当 达 到 0．2％ 时 ， 最大 。￡分 别为 9，7和 5cm 时 ， 分 别为 o．15]，O．149和 0．144MPa，比未 掺玻璃 纤维 的 水 泥上劈 裂抗 拉强度 (0．¨5MPa)分 别增大 31．3o％ ，29．56％和 25．21％。玻璃 纤维对 水泥 土 劈 裂 抗拉 强度 的 增强 作 用显 然 比在相 同条 件 下对 水 泥土无 侧 限抗 压 强度更 显 著 。当 超过 0．2％时 ， 开始 下 降 ，因此 ，在水 泥土 中掺入 玻 璃 纤维 不 宜过 多 ，可 根据 工 程需 要 ，通过 试 验 确定玻璃 纤维 的掺 入量 。 2．3 玻璃纤 维对水 泥 土抗 压 、抗 拉盟 度影响 的机理分 析 掺 入适量玻 璃纤 维后 ．随着水泥 土的 固结硬 化 ，水 泥土 与玻 璃 纤 维 间会 产 生一 定 的粘 结 力 。 检 查破坏 的玻璃 纤 维增 强试 件 (图 3)可 以看 出 ， 试件破 坏 的主要原 因是玻 璃纤维 被拉 出或拉 断 ， 这与纯 水泥土试 件 的破坏 情况 不 同。玻璃 纤维增 强试件 在 第 1条 裂 缝 出现后 ，如果玻 璃纤 维 的拉 出抵抗 力 (即 玻璃 纤 维 与 水泥 土 的 粘结 力 )大于 出现裂缝 处的荷载 ，则 由玻璃 维纤 维承受 裂缝 处 的全部荷 载 。随 着荷载 的增大 ，玻 璃纤维 通过粘 结 应 力 把 附 加 的 应 力 传 递 给 水 泥 土体 ，这 时 水 泥 田 2 玻 璃 纤 维长 度 和 质 量 分 数 对 水 泥 土 劈 裂 抗 拉 强度 的影 响 图 3 破 坏 的玻 璃 纤 蝗增 强水 泥 土试 件 土 体会 由于受到 不断增 大的荷 载 的作 用 ，出现更 多的裂缝 。这种裂 缝增 多的过程 将继续 下去 ， 直 至玻璃 纤维 被拉 断 ，或 由于脱 去粘 结力 而被 拉 出 ．因此 ，适 量掺 加玻璃 纤 维 可 以延迟水 泥 土 微裂 缝 的扩展 ，提高水 泥土 的强度 ，改 善水泥 土 的抗裂性 能 。 在组 成玻璃 纤 维水 泥土 的水泥 、土 、水和 玻璃 纤维 4种材料 中 ，水 泥和 土与 水 作用可 产 生 一 定的牯 聚力 ，而玻璃 纤维 不产 生粘聚 力 。水泥土 的强度 应该说是 来源 于这种粘 聚力 的 。若玻 璃纤维 掺入 量超过 一 定限度 ，水泥和 土就 会减 少过 多 ，水 泥土 体 中的粘 聚 力会 急剧 下降 ，从 而 使水 泥土强 度 降低 ；因 此 ，在水泥 土 中掺入过 多的玻璃 纤 维不 仅 不能提 高 水泥 土 的强度 ，反 而 会使其 降低 ，同时增 加材 料成本 。 维普资讯 http://www.cqvip.com
主普资讯2000年中国农业大学学报1083结束语1)试验结果表明：在考察范围内，随着掺人水泥土中的玻璃纤维长度的增加.水泥土的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度均增加2)当玻璃纤维的质量分数w在0~0.2%范围内时，水泥土的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度随着 w 的增大而增大.且在玻璃纤维长度和 w 不变的情况下,玻璃纤维对水泥土劈裂抗拉强度的增强作用比无侧限抗压强度更显著：当w超过0.2%后.水泥土的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度均开始下降：因此，在水泥土中掺人玻璃纤维不宜过多，可根据工程需要，通过试验确定玻璃纤维的掺人量考文献莫永京，彭红涛，雷廷武，等纤维水泥土抗压强度的试验研究.农业工程学报，1999.15（增刊）：119122莫永京，彭红涛.雷廷武，等.纤维水泥土抗拉强度的试验研究.中国农业大学学报.19,4(6);106~109肖林，王春义，郭汉生。建筑材料水泥土北京：水利电力出版社，1987.251~259尚
中 国 农 业 大 学 学 报 2000锥 3 结 束语 1)试 验结 果表 明 ：在 考察 范 围 内 ，随着 掺入 水 泥土 中的玻 璃 纤维 长度 的 增加 ，水泥 土 的无 侧 限抗 压强度和 劈裂抗 拉强 度均增 加 2)当玻 璃纤 维 的质 量分数 在 Oh 0．2％范 围 内时 ，水泥 土的无侧 限抗压强 度和劈 裂抗拉 强度 随 着 的增 大 而增大 ，且在玻 璃纤 维长 度 和 不变 的情况 下 ，玻 璃纤 维对 水 泥土 劈 裂抗 拉 强度的 增强 作用 比无侧 限抗压强度 更显 著 ；当 超过 0．2％后 ，水泥土 的无侧 限抗 压强度 和 劈裂抗 拉强 度均 开 始下 降 ：因此 ，在水 泥土 中掺八玻 璃纤 维不 宜过 多 ，可根 据工 程需要 ，通 过试 验 确 定 玻 璃 纤 维 的 掺 入 量 。 参 考 文 献 l 莫 永京 ，彭 红 诗 ．雷 廷 武 ，等 ．纤 维 水 泥 土抗 压 强度 的试 验 研 究 ．农 业 工程 学 报 ，1999，15(增 刊 )：119～ 122 2 莫永京 ，彭红诗．雷廷武 ，等 ．纤维水泥土抗拉强度 的试验研究．中国农业大学学报 ，1999．4(6)l06～109 3 肖 林 ．王春 义 ．郭 汉 生 ．建 筑 材料 水 泥土 ．北 京 ：水 利 电力 出 版 社 ，1987．251～2 9 维普资讯 http://www.cqvip.com