畢業(yè)設計（論文）-玄武巖纖維對水泥土抗拉性能的影響.doc

河北建筑工程學院本科生畢業(yè)設計（論文） 課題名稱玄武巖纖維對水泥土抗拉性能的影響學 院： 土木工程學院 專 業(yè)： 土木工程 班 級： xxx 學生姓名： xxx 學 號： xxx 指導教師： xxx 職稱： 講師 設計提交日期： xx 設計提交日期： xx 答辯委員會主席簽字： 玄武巖纖維對水泥土抗拉性能影響 摘 要 劈裂實驗是研究水泥土試塊抗拉強度的主要試驗。本文通過實驗數(shù)據(jù)反映在水泥土中加入玄武巖纖維和改變水泥摻量后對抗拉強度的影響。本文通過研究纖維長度為6mm、12mm、18mm、24mm和30mm的纖維，確定出最優(yōu)長度，然后研究纖維含量變化對抗拉強度的影響，本文的纖維含量分別為0%、0.3%、0.5%、0.7%和1%，確定最優(yōu)含量，給出工程建議最優(yōu)長度為18mm，最優(yōu)纖維含量0.7%。本文的主要研究內(nèi)容如下：水泥摻量的不同對抗拉強度的影響。纖維長度的不同對抗拉強度的影響。纖維含量的不同對抗拉強度的影響。齡期的不同對抗拉強度的影響。查閱想關資料，綜合實驗數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：一定條件下，一定范圍內(nèi)，水泥土的抗拉強度隨著水泥摻量的增加而增大。水泥土的抗拉強度隨著長度增加而增大。在長度為18毫米達到峰值。水泥土的抗拉強度隨著纖維含量的增加而增大。在纖維含量為 0.7%達到峰值。水泥土的抗拉強度隨著齡期的增長而增大。關鍵詞：玄武巖纖維；水泥土；抗拉強度I AbstractSplitting splitting experiment is of cement soil test tensile strength test. The experimental data reflect with basalt fiber and change the cement dosage in the cement soil on the tensile strength of the impact. The through the study of the fiber length of 6mm, 12mm, 18mm, 24mm and 30mm fibers to determine the optimal length, then study the influence of fiber content on the tensile strength and the fiber content were 0%, 0.3%, 0.5%, 0.7% and 1% to determine the optimal content and engineering advice is given.Effect of different cement content on tensile strength.Effect of different fiber length on tensile strength.The effect of different fiber content on the tensile strength.Effect of different age on tensile strength.Access to relevant information, a comprehensive set of experimental data obtained conclusions are as follows: under certain conditions, range, the tensile strength of the cement soil increases with the increase of the admixture of cement. The tensile strength of the cement soil with the increase of the length increases. At length to 18 mm peak. The tensile strength of the cement soil increases with the increase of fiber content. In the fiber content of 0.7% reached the peak. The tensile strength of the cement soil with the growth of age increases.Key words :basalt fiber; cement soil; tensile strengthI玄武巖纖維對水泥土抗拉性能影響 目 錄第一章 緒論11.1 研究意義11.2 研究現(xiàn)狀11.3 成本優(yōu)勢21.3.1 材料概況21.3.2 技術性能3第二章 試驗方案及方法52.1 試驗方案52.2 試驗方法52.2.1 試驗儀器62.2.2 實驗材料72.2.3 實驗過程92.2.4 試驗注意事項10第三章 實驗數(shù)據(jù)分析123.1 最優(yōu)長度確定123,2 最優(yōu)含量的確定153.3 各種因素對試塊的抗拉強度的影響173.3.1 齡期對試塊抗拉強度的影響173.3.2 水泥含量對試塊的抗拉強度的影響183.3.3 纖維含量對試塊的抗拉強度的影響193.4 纖維的延性及變形203.4.1 裂縫213.4.2 纖維含量對水泥反應的影響213.4.3 纖維含量對延性的影響22第四章 總結(jié)與展望294.1 結(jié)論294.2 展望29參考文獻30III 第一章 緒論1.1研究意義地基處理在工程中地位極其重要，地基處理的好壞對建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性及耐久性直接相關。針對不同的地質(zhì)環(huán)境應該選用不同的處理方法，材料的選用對地基強度的增加效果也不盡相同。水泥土在地基處理過程中一直扮演這一個比較重要的角色。處理過程中通過機械將水泥土灌入軟弱地基中，經(jīng)過一定的時間，水泥土與原地基土發(fā)生一系列的物理化學反應，從而改善原來地基土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成新的地基，進而提高地基承載力1。相比水泥土，水泥土的制作工藝更方便，水泥土的材料選取可以利用挖方棄料，減少土方堆填浪費，減少場地占用，降低運輸成本，提高工作效率。大力推廣該項技術，可以提高當?shù)刭Y源利用率，降低工程成本，提高企業(yè)效益2。單純的采用水泥土地基，確實可以提高地基承載力，但是，由于場地及荷載環(huán)境的苛刻，要求地基有更好的性能。早在20世紀80年代，化纖水泥土的研究就已經(jīng)開始了，在1996年北京舉行的第三屆水泥水泥土報告會上，在化學纖維用于水泥土上得到廣泛重視。經(jīng)過一些人士研究發(fā)現(xiàn)，在水泥土中加入適量的纖維，在力學性能上可以產(chǎn)生在水泥土中配筋的效果，即水泥土的抗強度和抗拉強度均有所提高。隨著科學發(fā)展觀的提出，各部也提出綠色建筑的號召。玄武巖纖維具有污染小，可降解，韌性高，耐腐蝕等，因而已經(jīng)被一些領域所應用。但是在建材方面的研究還比較少，因此在水泥土中摻入玄武巖纖維有必要進行研究。1.2研究現(xiàn)狀纖維水泥土是一種新型的復合材料，相當于對水泥土材料的一個創(chuàng)新改良，雖然強度方面亞于水泥土，但是由于其施工方便，經(jīng)濟效益好，備受一些建筑工程領域青睞。近年來，以鋼纖維、合成纖維、碳纖維及玻璃纖維為代表的纖維，在水泥土中應用得到了迅速的發(fā)展，纖維水泥土是繼鋼筋水泥土一次重大突破。水泥土具有一系列優(yōu)越的性能，并廣泛應用于各工程領域。我國在水泥土應用上主要分為兩方面：一方面用于水泥土攪拌樁，主要用于地下工程；另一方面主要用水泥土重力式擋墻，在這兩方面，我國結(jié)合國內(nèi)外理論，已經(jīng)有較成熟的實踐經(jīng)驗。國外也曾做過大量試驗研究水泥土的性質(zhì)，計劃研究出最佳配比，用水泥土代替砼材料。經(jīng)翻閱資料得知，在水泥土中加入適量纖維可產(chǎn)生如下影響：1.阻礙裂縫開展。纖維可阻礙水泥土中微裂縫的產(chǎn)生與擴展，這種阻裂作用既存在于水泥土的未硬化的塑性階段，也存在于水泥土的硬化階段。水泥基體在澆注后的24小時內(nèi)抗拉強度低，若處于約束狀阻態(tài)，當其所含水分急劇蒸發(fā)時，極易生1緒論 成大量裂縫，此時，均勻分布于水泥土中的纖維可承受因塑性收縮引起的拉應力，從而阻止或減少裂縫的生成。水泥土硬化后，若仍處于約束狀態(tài)，因周圍環(huán)境溫度與濕度的變化，而使干縮引起的拉應力超過其抗拉強度時，也極易生成大量裂縫，在此情況下纖維仍可阻止或減少裂縫的生成。 2.可以一定程度上減緩應力集中。水泥土不僅抗拉強度低，而且因存在內(nèi)部缺陷而往往難于保證。纖維之間的相互約束可阻礙水泥土中微裂縫的產(chǎn)生與擴展，這種阻裂作用既存在于水泥土的未硬化的塑性階段，也存在于水泥土的硬化階段。3.提高材料韌性。即使水泥土發(fā)生開裂，纖維還可橫跨裂縫承受拉應力，并可使水泥土具有良好的韌性。韌性是表征材料抵抗變形性能的重要指標，一般用水泥土的荷載撓度曲線或拉應力應變曲線下的面積來表示3。另外，還可提高和改善水泥土的抗凍性、抗?jié)B性以及耐久性等性能。本文主要研究加入纖維后，對水泥土的抗拉強度的影響。強度方面。在水泥土中加入纖維的效果可類比在混凝土中加入鋼筋產(chǎn)生的效果。在水泥土中加入纖維與原狀水泥土相比，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。即在荷載作用下，由于纖維與水泥土相互作用，使處于多方向約束作用，進而提高試件承載力。提高延性。足夠的強度是保證安全的必要條件，則延性則可以減少突發(fā)事故的可能性。事故發(fā)生前，延性可以留給人們一個危險的預判時間，讓人們提前撤離。其主要機理是可類比適筋梁破壞。合適的纖維摻量可以提高材料的滲水性。因為玄武巖的加入改變滲水路徑，另外，玄武巖纖維材料的性能具有一定的阻水能力。1.3 成本優(yōu)勢 1.3.1 概況玄武巖纖維具有優(yōu)越的物理學性能，良好的粘合性，耐熱性及抗腐蝕性等，非常適用于土木工程領域.由于玄武巖纖維單向布不但抗拉強度高，而且具有良好的 高延伸率3.1%。在極限狀態(tài)下破壞時，可以通過自發(fā)形變大量吸收能量，所以用于抗震加固方面有獨特的優(yōu)異性能。玄武巖纖維單向布是一種不導電的絕緣材料。在地鐵隧道，電器化鐵路以及一些防磁化，電絕緣，防磁性能高的建筑加固工程中，玄武巖纖維單向布有非常明顯的優(yōu)勢。再加上玄武巖纖維單向布在加 固工程中施工也非常方便，與膠粘劑結(jié)合更好，樹脂的浸漬性浸透性都高于碳纖維，以此可提高建筑結(jié)構(gòu)的抗運動荷載能力和抗沖擊能力，適合于加固橋梁的土墩、柱、梁等部位。 玄武巖纖維單向布在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應用，最突出的實例為：上海某爛尾樓的改造和加固，上海某底層建筑加高，江蘇某危房和危樓的建筑加固，浙江某服務性建筑物的改造加固，中部地區(qū)某高速公司橋梁的改造和加固。 1.3.2 技術性能（1）抗沖擊性： 連續(xù)玄武巖纖維的抗拉強度為41004800MPa,彈性模量為90110GPa，極限延伸率為3.1%（碳纖維1.7%，紡綸2.4%），在極限重力作用下，玄武巖纖維材料首先 通過形變吸收大量能量，這是建筑加固工程中所需要的性能之一。因此玄武巖纖維廣泛應用于軍事裝備，防爆設施，橋梁墩柱的加固工程。（2）抗動載抗疲勞性能： 雖然碳纖維抗拉強度高，具有良好的承受長期的表茶載性能，但是在極限受力狀態(tài)下碳纖維為脆性破壞，抗動載，抗疲勞性能不如玄圖1 玄武巖纖維武巖纖維，所以在進行結(jié)構(gòu)加固中，特別是橋梁加固，防地震加固。需在不同部位采用不同的材料，有的應采用碳纖維，有的應采用玄武巖纖維。 （3) 耐酸，耐堿，耐化學腐蝕性能： 玄武巖纖維復合材料具有良好的耐酸性和耐堿性，在1000C在Ca(OH)2飽和溶液中浸漬4小時后，單絲強度保留率大于75.8%以上。耐強堿性，耐酸性能好。由于海水的氯離子對海邊，海港碼頭的混凝土結(jié)構(gòu)有很強的化學腐蝕性，可導致混凝土碳化，鋼筋腐蝕。所以采用玄武巖纖維復合筋，單向布進行加固能達到更佳的效果。 （4）電絕緣性能好 玄武巖纖維的絕緣性能比無堿玻璃纖維更好，碳纖維是一種導電體，所以在地鐵工程，隧道工程，電氣化鐵路工程，工業(yè)廠房，絕緣性要求高的建筑物，采用玄武巖纖維進行加固可消除屏蔽現(xiàn)象。 玄武巖纖維單向布在結(jié)構(gòu)加固中使用性能部分達到或超越碳纖維且外觀與碳纖維相同的情況下，每平方米玄武巖纖維單向布成本20多元，是碳纖維單向布最合理的低成本替代產(chǎn)品。15 第二章 試驗方案及方法2.1 試驗方案 先確定纖維最優(yōu)長度，然后確定纖維最優(yōu)含量。本試驗通過對玄武巖纖維的摻入量、纖維長度、水泥摻入量以及齡期四種因素對實驗化纖水泥土抗劈裂強度的影響來確定玄武巖纖維水泥土的最優(yōu)配比。具體說來，確定的玄武巖纖維的摻入量分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，通過這四種不同摻入量的水泥土抗拉強度，并通過試驗結(jié)果，來確定玄武巖纖維摻入水泥土中的最優(yōu)摻入量的具體范圍。同樣的，選用長度分別為6mm、12mm、18mm、24mm的玄武巖纖維，來確定玄武巖纖維摻入水泥土使水泥土強度最大時的最優(yōu)長度。而對于水泥摻入量則通過水泥量與干土量的比確定，確定的比例分別為10%、15%、20%、25%。由于本試驗采取的一次拌合量是綜合考慮了試塊最大質(zhì)量和實驗損失量的綜合質(zhì)量，所以說，在相同預拌試塊量相同的情況下，一次拌合量是相同的。而通過事先預拌試樣可以確定，在拌合含水量為26%時，試塊的可拌性最好，所以確定拌合料的含水量為26%，同樣的，試塊的含水量是相同的，也就是說，試塊中的水的質(zhì)量是相同的。這樣就使得試塊的土與水的總質(zhì)量是確定的，也就是說通過上面確定的水泥質(zhì)量與干土的質(zhì)量的比，達到控制水泥含量的要求。這樣做有一個好處，就是在不同灰土比的條件下，水泥的質(zhì)量是確定的4。這樣，通過上面兩條我們就可以看出，在確定的試塊中，水的質(zhì)量和水泥的質(zhì)量是一定的。而在實驗中，只要確定土的天然含水量，然后就可以很方便地算出土、水泥和水的添加質(zhì)量。當然，為了保持一天工作量中土的供給量有一定的保障，又使不因為了測定含水量而耽誤時間，土一定要提前準備好，并把準備好的土存到密封的桶里，以保證同一天用的土其天然含水量是一樣的，使得一天用量只需計算一次，更重要的是不需因天然含水率的測定影響一天的效率。最后，通過把數(shù)據(jù)輸入表格中，并通過比較來獲得實驗結(jié)果。本試驗通過上述三種不同的因素的對比，來得到一組最適的試塊配比，以期達到最經(jīng)濟，同時，強度至少達到比素塊（不摻纖維的試塊）提高20%。初步擬定，先用7d、14d較短齡期試塊，來初步得出最優(yōu)的玄武巖纖維摻入量、長度以及水泥含量的配比的范圍，之后，根據(jù)確定的含量范圍來制作28d的試塊，以期進行驗證，最后得出一組最優(yōu)含量配比5。最后通過整合分析得到關于水泥土試塊的抗拉強度相關結(jié)論。2.2 試驗方法2.2.1 試驗儀器圖2.1 全自動劈裂儀器（1）攪拌機 全自動混合料拌合機或自動瀝青混合料拌合機，型號BH-20，拌合容量20升，功率3kw。本試驗不要求溫度因素，所以拌合機不需要打開溫度設定。拌和容量：10升（20升），加熱鍋溫度范圍：室溫250（任意設定），控溫精度：3，分辨率：0.3，拌和時間：1999秒（任意設定），攪拌槳轉(zhuǎn)速：公轉(zhuǎn)48轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)90轉(zhuǎn)/分，工作條件：溫度：-1040，相對濕度：不大于80%，電源電壓：AC220V10%；電流：13A（最大）。（2）干燥箱 FX-101-3型電熱鼓風干燥箱，電源220v，電熱功率5kw，工作室尺寸500600750mm,外型尺寸990640750mm，鼓風電機40w，轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分，絕緣電阻，升溫時間，溫度范圍 室溫+10250，靈敏度1，溫度漂移24小時，溫度均勻度，最高箱外表面溫度。（3）試驗機 LD716全自動劈裂試驗儀，技術參數(shù)：最大荷載50kN，測量誤差：0.1kN，位移傳感器測量范圍020mm，測量誤差0.01mm，壓力機上升速度：505mm/min，配有計算機RS232串行通訊口與計算機聯(lián)網(wǎng)，進行試驗，劈裂壓條：直徑100mm2mm，壓條寬度12.7mm，工作電壓：AC220V10%，50Hz，工作環(huán)境溫度：060，電機功率：550W，外形尺寸：7105101010毫米，重量：約150千克。（4）磅秤 ACS-D21型電子稱，最大稱量15kg，額定電壓220V 50Hz，分度值0.2g，額定功耗4VA，最小稱量100g。實驗方案及方法 （5） 試模（容量：100100100mm3）、脫模氣泵、小鐵鏟、直尺、鏝刀、塑料薄膜、抹布、量筒、盛器等。圖2.2 液塑限聯(lián)合測定儀 （6）GYS型土壤液塑限聯(lián)合測定儀。2.2.2 實驗材料實驗土樣：本試驗用土為河北建筑工程學院校園地表以下1m的土，現(xiàn)場土樣取回過5mm篩后去除土中碎石、樹根等雜物留以備用，然后對土樣進行液塑限實驗確定土樣的種類，其液塑限指標如表2.1水泥 ：本試驗采用的是張家口市宣化金隅水泥有限公司生產(chǎn)的金隅牌復合硅酸鹽水泥（P C 32.5），其主要成分、化學指標以及性能指標如下表：表2.1 復合硅酸鹽水泥組成成分成分熟料+石膏?；郀t礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰含量/%50且8020且50表2.2 復合硅酸鹽水泥化學指標品種三氧化硫氯化鎂氯離子質(zhì)量分數(shù)/%3.56.00.06表2.3 復合硅酸鹽水泥性能指標初凝時間終凝時間抗壓強度MPa抗折強度MPa45min600min3d28d3d28d1032.52.57 （3）玄武巖纖維：是玄武巖在高溫熔融狀態(tài)下（14501500），經(jīng)拉絲漏板高速拉制而成。玄武巖纖維是一種新型環(huán)保材料。具有絕緣性、耐腐蝕、耐高溫多種優(yōu)異性能。其生產(chǎn)過程對環(huán)境污染小，廢棄物可在自然條件下直接降解。表2.5 玄武巖纖維物理力學性能指標性能拉伸強度/MPa彈性模量/GPa斷裂伸長率/%密度g/ cm3使用溫度/玄武巖纖維3300-450095-1152.4-3.02.65-2.8-260-650（4）具體材料準備：見下表表2.5 材料準備試塊數(shù)（個）33一次拌合總量（kg)5732.876001.455790.246045所需總水量（kg）1430149514401500水泥含量（%）10%15%20%25%水泥質(zhì)量（kg）390585720900所需干土質(zhì)量（kg）39003600纖維含量（%）0.3%0.5%0.7%1%纖維質(zhì)量m（g）12.8721.4530.2445土的質(zhì)量水的質(zhì)量2.2.3 實驗過程第一步：根據(jù)粗略計算所需土料（初步計算所得試樣所需土料最大值與試驗損失之和，大約1000kg），之后根據(jù)所需，取距地表一米以下處土料。土料均需風干后粉碎成細土，之后過5mm篩，清除土料中碎石、樹根等雜物，留存足夠土料在室內(nèi)備用。第二步：取來適量存土，根據(jù)試驗規(guī)程，進行液塑限試驗判斷所取土料土壤類別。第三步：制作7d、14d試驗試塊拌合料。為了節(jié)省時間，本試驗所需7d、14d試塊同時制作，即在應用攪拌機械攪拌時將試塊材料含量相同的7d、14d試塊同時攪拌，并做成所需試塊留待使用。由于本試驗需同時考慮四種因素對試驗的影響，而作為一種影響，齡期的不同不影響其他三種因素對實驗試塊組成的含量，故可以7d、14d一起制作，而且，作為試驗前期總結(jié)規(guī)律所用組塊，7d、14d試塊數(shù)是相同的。制作前，應提前一天用密封桶取得后一天所用土料量，并在取料的同時取得三份不小于50g的土樣裝于敞口鋁盒中，放在烘干機中烘制一夜，第二天取出，測得密封桶中土料的天然含水率，留待計算試塊所需土料與水的量。制作時，首先確定水泥含量、纖維長度的因素，然后在此水泥含量下依次添加不同纖維量，即如本試驗先確定32%的灰土比和18mm的纖維作為第一大組的試驗，然后，在此條件下，分別作纖維摻量0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和1%的試驗，當然，這四組試驗都是7d和14d同作的，所以每組都是6個試件。而當完成上面四組試驗后，繼續(xù)進行的試驗為20%的灰土比和18mm纖維的試驗，進行完所有組的灰土比和18mm纖維的試驗后，就要進行各組灰土比和12mm纖維的試驗了，以此類推，當完成6mm纖維的所有灰土比的試驗時7d和14d齡期的試驗就進行完了，之后的28d試驗也將根據(jù)之后確定的試驗配比范圍按照7d、14d試驗順序進行，即先定纖維長度，根據(jù)土灰比順序進行各纖維摻量試驗。做試驗時分別準確稱量出土、水、水泥、以及纖維的量（各種材料質(zhì)量見表2.1），按照水水泥纖維土的順序分別添加到攪拌機中。添加完水與水泥時人力攪拌一次，添加纖維后再攪拌一次，以確保均勻。在放入土后用機器攪拌120s之后，人力攪拌一次，將由于機器本身原因存在的干土攪起與材料混合，之后再用機器攪拌240s。第四步：將拌合好的材料取出，裝填到100mm100mm100mm的模具中。裝填前，應擦拭干凈試模，并涂一薄層礦物油脂在試模內(nèi)表面（保證脫模時試塊能夠容易脫下），最后，在試模底部氣孔處放一紙片，防止脫模時脫模氣泵氣嘴與試塊直接相對，試塊孔隙漏氣使得試塊難以脫下。裝填時，將拌合物分成大致厚度相等的兩層裝入模具中，并用抹刀從邊緣向中心按螺旋方向均勻插搗。在插搗底層拌合料時，鏝刀應達到試模的底部表面，之后插搗上層拌合料時，鏝刀應穿過上層拌合料，并穿入下層20mm30mm深度。插搗時，鏝刀應保持垂直狀態(tài)，并應沿試模的內(nèi)壁插搗幾次。每層插搗次數(shù)不應小于12次（一般規(guī)定，100cm2面積插搗次數(shù)不少于12次）。每次裝填料應稱量填料，使得每個試塊的質(zhì)量是一樣的，以保證同批8個或4個試塊的各項性質(zhì)不因制作原因產(chǎn)生誤差。每個試塊裝模完成后，應用塑料薄膜封上，以保持水分的不流失，保證養(yǎng)護完好。第五步：裝模完成后四天，當試塊有一定強度時，用脫模氣泵將試塊脫出試模，并記錄試塊編號，以防試驗組數(shù)太多將要壓制試塊時弄混實驗試塊造成試驗誤差。脫出的試塊，應及時用密封措施保護好，保證養(yǎng)護時期內(nèi)試塊的水分，本試驗用密封塑料袋封好。另外，本試驗所做試塊在養(yǎng)護周期中，不論脫模前還是之后，均在溫度203、相對濕度50%的環(huán)境中養(yǎng)護至規(guī)定試驗時間前，保證養(yǎng)護時期試塊所處的環(huán)境因素相同，保證試驗的精確性。第六步：取出養(yǎng)護完成的試塊進行劈裂抗拉強度試驗。作劈裂抗拉強度試驗時，嚴格按照實驗進度表的安排進行試驗，因為在做部分劈裂抗拉強度試驗時，還在進行試塊的制作，當試塊制作安排與劈裂抗拉強度試驗發(fā)生沖突時，應將劈裂抗拉強度試驗放在首位，不能因試塊制作進度影響耽誤本試驗對齡期因素與水泥土強度關系的觀察。當將試塊從養(yǎng)護室取出后，應用粉筆在試塊上標示出試塊側(cè)面中線位置。壓制面一律為試塊緊貼試模側(cè)面的一面，以使得試驗時試件的各項同性，保證試驗環(huán)境的相同。將試塊放在劈裂條上后，試驗機以505mm/min的速度均勻而連續(xù)的加載，直到試件破壞為止。試件破壞后，根據(jù)試驗機記錄下的實驗數(shù)據(jù)有選擇的記錄下來，留待之后輸入電腦進行數(shù)據(jù)分析。第七步：根據(jù)前期試驗，即7d、14d試驗試塊的強度數(shù)據(jù)分析得出的實驗規(guī)律，安排28d的試驗，由前兩個齡期的試驗縮小試驗范圍，根據(jù)此更高精度的試驗進一步確認此前得出的試驗規(guī)律，進一步的觀察齡期對水泥土強度的影響。最后，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得出先期確定的纖維含量、纖維長度、水泥含量對水泥土抗拉強度的影響。2.2.4 試驗注意事項實驗前的準備工作應做足，盡量減小因人為原因造成的誤差。實驗前應對土壤的基本物理性質(zhì)進行測定。土量應該取足，取土后應該對取土點進行保護。當?shù)诙煲鲈噳K時，一定要提前一天準備好一定量的土，并放入干燥箱中，保證第二天實驗的進行。在準備好土料后和每次取土時，一定確認密封桶密封，防止土料的天然含水量的變化造成試驗的誤差。當作每組的第一個試塊時，一定要拌合均勻，振搗密實，盡量保證每組試塊的均一性。以保證每組試塊結(jié)構(gòu)性質(zhì)保持一致，防止每組試塊因制作差異導致太大的強度差異。每組試塊制作完成后，及時對每組試件進行編號，按照編號順序進行試驗，以防試驗試塊太多，因為時間的原因忘記試驗順序7，造成試驗混亂，產(chǎn)生無法想象的試驗誤差，造成試驗的失敗。脫模按照規(guī)定進行，脫模后將試塊裝入養(yǎng)護袋密封，檢查密封塑料袋是否密封完好，并及時放入養(yǎng)護室養(yǎng)護（常溫）。進行劈裂抗拉強度試驗前，一定要標示好中線位置，使得試塊的抗拉性能最好的發(fā)揮。進行劈裂抗拉強度試驗時，試塊進行試驗時的受力面一定要保持一致，本試驗采用試塊的側(cè)面。做完實驗的數(shù)據(jù)應該留有原始數(shù)據(jù)，并對試驗的數(shù)據(jù)進行及時分析處理，及時發(fā)現(xiàn)實驗過程出現(xiàn)的問題，并及時調(diào)整糾正。實驗數(shù)據(jù)讀取時，應該考慮試塊的變形及外觀。變性太大導致與實際情況不符。讀取數(shù)據(jù)時應讀取圖像上的峰值附近的數(shù)值。實驗數(shù)據(jù)分析 第三章 實驗數(shù)據(jù)分析3.1 最優(yōu)長度確定最優(yōu)長度的實驗數(shù)據(jù)如下表:表3.1 齡期為7D的抗拉強度數(shù)據(jù)表纖維長度纖維含量水泥含量齡期抗拉強度取值001071.50060.51071.560120.51071.580180.51071.600240.51071.395300.51071.420001571.92560.51572.100120.51572.300180.51572.500240.51572.475300.51572.435002074.06760.52074.220120.52074.680180.52075.237240.52074.617300.52074.597002574.56060.52575.030120.52575.260180.52575.510240.52575.420300.52574.815 通過上表得出如下結(jié)論：一定范圍內(nèi)，齡期不變的情況下，長度一定時，水泥土試塊的抗拉強度隨著水泥的含量的增加而增強。一定范圍內(nèi)，齡期不變的情況下，水泥含量一定時，試塊的抗拉強度隨著纖維長度的增長而增強6。數(shù)據(jù)基本上在長度為18毫米時出現(xiàn)峰值，抗拉強度增長緩慢。圖3.1 齡期為7天的抗拉強度折線圖通過折線圖可知纖維長度從0mm至18mm，斜率最大，抗拉強度增長速度最快。超過18mm后斜率變小或者趨于平穩(wěn)，試塊抗拉強度增長緩慢或者出現(xiàn)負增長。圖3.2 齡期為14天的抗拉強度折線圖表3.2 14D抗拉強度數(shù)據(jù)表纖維長度纖維含量水泥含量齡期抗拉強度取值0010142.26060.510142.667120.510144.020180.510144.743240.510142.130300.510142.4530015143.52060.515144.300120.515144.800180.515145.690240.515145.870300.515146.1300020145.03560.520145.190120.520145.760180.520146.534240.520146.380300.520146.8000025147.08760.525147.600120.525148.220180.525149.120240.525148.650300.525148.590I實驗數(shù)據(jù)分析 通過上表得出如下結(jié)論：一定范圍內(nèi)，齡期不變的情況下，長度一定時，水泥土試塊的抗拉強度隨著水泥的含量的增加而增強7。一定范圍內(nèi)，齡期不變的情況下，水泥含量一定時，試塊的抗拉強度隨著纖維長度的增長而增強。數(shù)據(jù)基本上在長度為18毫米時出現(xiàn)峰值，抗拉強度增長緩慢。3,2 最優(yōu)含量的確定 通過上一步的實驗數(shù)據(jù)處理分析得知玄武巖纖維水泥土試塊的最優(yōu)長度為18毫米，此時水泥土試塊的抗拉強度與素水泥土試塊相比大約提高22%左右，最高達55%左右。接下來可以在最優(yōu)長度下進行最優(yōu)纖維摻量的確定，研究玄武巖纖維摻入量對抗拉強度的影響。此次試驗研究齡期為：7D、14D、28D。試驗所得的數(shù)據(jù)及圖表統(tǒng)計如下：圖3.3 7天抗拉強度曲線經(jīng)過統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)得出如上圖表：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及折線圖可知：一定范圍內(nèi)，在齡期為7天時，水泥土試塊的抗拉強度基本呈現(xiàn)隨著纖維含量的增加抗拉強度增強。水泥含量為15%和25%時，試塊抗拉強度均在玄武巖纖維在0.7%時，出現(xiàn)峰值，超過該值之后抗拉強度基本呈下降趨勢。水泥含量為10%和20%整體呈上升趨勢，無明顯拐點。圖3.4 14天抗拉強度曲線經(jīng)過統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)得出如上圖表：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及折線圖可知：一定范圍內(nèi)，在齡期為14天時，水泥土試塊的抗拉強度基本呈現(xiàn)隨著纖維含量的增加抗拉強度增強。水泥含量為10%和15%，水泥土試塊抗拉強度在纖維含量為0.5%時出現(xiàn)明顯峰值超過該點后強度呈現(xiàn)下降趨勢 。 水泥含量為20%和25%時，試塊抗拉強度均在玄武巖纖維在0.7%時，出現(xiàn)峰值，超過該值之后抗拉強度基本呈下降趨勢。圖3.5 28天抗拉強度曲線經(jīng)過統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)得出如上圖表：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及折線圖可知：一定范圍內(nèi)，在齡期為28天時，水泥土試塊的抗拉強度基本呈現(xiàn)隨著纖維含量的增加抗拉強度增強。水泥含量為15%、20%和25%，水泥土試塊抗拉強度在纖維含量為0.7%時出現(xiàn)明顯峰值，超過該點后強度呈現(xiàn)下降趨勢 。 水泥含量為10%時，試塊抗拉強度隨著纖維量的變化基本無顯著變化。圖3.6 不同齡期、水泥含量抗拉強度最大增量總結(jié)數(shù)據(jù)觀察折線圖可得出結(jié)論：隨著齡期的增長水泥土試塊的抗拉強度隨之增加，不同齡期下，其增長情況有所不同。齡期為7天，抗拉強度隨纖維含量的變化而增加，但是，變化趨勢不明顯。齡期為14天和28天時，抗拉強度隨著纖維含量的增加，抗拉強度增加量逐漸降低。趨勢變化明顯，末端區(qū)域平緩。當水泥含量為10%，齡期為7天、14天和28天，所對應的抗拉強度的增長量分別為：50.22%,112.97%,17.57%，此時對應的纖維含量分別為1%、0.5%和0.3%。當水泥含量為15%，齡期為7天、14天和28天，所對應的抗拉強度的增長量分別為：87.29%,36.14%,11.82%，此時對應的纖維含量分別為0.7%、0.5%和0.7%。當水泥含量為20%，齡期為7天、14天和28天，所對應的抗拉強度的增長量分別為：28.61%,70.68%,13.55%，此時對應的纖維含量分別為1%、0.7%和0.7%。當水泥含量為25%，齡期為7天、14天和28天，所對應的抗拉強度的增長量分別為：75.94%,20.51%,4.98%，此時對應的纖維含量分別為0.7%、0.7%和0.7%。3.3 各種因素對試塊的抗拉強度的影響3.3.1 齡期對試塊抗拉強度的影響 圖3.7 齡期對抗拉強度的影響水泥土試塊的抗拉強度隨齡期變化的情況如上圖：上圖為水泥含量為10%/20%和25%試塊在纖維含量為0%/0.5%和0.7%下，水泥土試塊的抗拉強度隨齡期的變化情況。通過以往數(shù)據(jù)及圖表大致得出如下規(guī)律：在一定范圍內(nèi)，一定太搜集按下，水泥土試塊的抗拉強度隨著齡期的增加而增長。不同的水泥含量隨齡期的增長的速率是不同的。大致呈現(xiàn)水泥含量越高，抗拉強度增長的速率越快。查閱資料及參考混凝土試塊實驗可以知道，當齡期達到一定范圍，抗拉強度基本趨于穩(wěn)定。3.3.2 水泥含量對試塊的抗拉強度的影響圖3.8 抗拉強度隨水泥含量的變化情況 抗拉強度隨著水泥含量的變化情況如上圖：一定范圍內(nèi)，在一定的纖維含量下（0、0.3%、0.5%、0.7%、1%），水泥土的抗拉強度隨著水泥含量的增加而增加（10%至25%），并且，基本上呈現(xiàn)等梯度增加。通過以往實驗實例得知，超過一定范圍抗拉強度會呈現(xiàn)下降趨勢。3.3.3 纖維含量對試塊的抗拉強度的影響abc圖3.9 (a,b,c)纖維含量試塊抗拉強度對比圖上圖為齡期為7D、14D、和28D下水泥土試塊抗拉強度隨著纖維含量的增加而增加。當齡期為7D時抗拉強度變化并不明顯。但是將三幅圖整合分析可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律。（圖中折線水泥含量自上而下依次為：10%、15%、20%和25%）當齡期為14D時抗拉強度出現(xiàn)兩組變化趨勢，其中水泥含量為10%和15%在纖維含量為0.5%時出現(xiàn)峰值，超過后呈現(xiàn)下降趨勢。水泥含量為20%和25%在纖維含量為0.7%時出現(xiàn)峰值，超過后呈現(xiàn)下降趨勢。當齡期為28D時抗拉強度整體上在纖維含量為0.7%時出現(xiàn)拐點，超過后抗拉強度逐漸降低。通過三幅抗拉強度折線圖對比得出如下結(jié)論：隨著齡期的增長水泥土試塊抗拉強度變化愈加明顯，即水泥含量為10%時抗拉強度變化基本隨著纖維含量的變化沒有太大變化。當齡期達到一定天數(shù)時，水泥含量一定時抗拉強度隨著纖維含量的變化，在纖維含量為0.7%，出現(xiàn)峰值，即此時的纖維含量確定為最優(yōu)摻加量，按此摻加量抗拉強度增加值最大。3.4 纖維的延性及變形延性是建筑材料的一個重要性能。材料具有一定的延性時，當危險將要發(fā)生時，人們可以根據(jù)建筑材料的變形預先判定減少生命財產(chǎn)損失；人們也可根據(jù)變形程度對建筑物采取有效的加固措施。所以，對水泥土的延性進行適當?shù)难芯渴呛苡斜匾摹５捎趯嶒炦^程中各種不定因素，導致其變形數(shù)據(jù)離散性太大，但是其裂縫開裂大小是可以肉眼觀看的。3.4.1 裂縫圖3.10 28D齡期不同纖維含量裂縫變化上圖為劈裂實驗之后現(xiàn)場實拍圖。這批試件的養(yǎng)護齡期為28D從左至右纖維含量依次為0%、0.30%、0.5%、0.7%、1%。從圖片可大致得出隨著纖維含量的增加試塊的裂縫開裂寬度逐漸減小。說明纖維的摻入對阻礙裂縫開展有很大作用。3.4.2 纖維含量對水泥反應的影響圖3.11內(nèi)部干濕程度圖上圖為養(yǎng)護齡期為28D，水泥含量為25%，從左到右纖維含量依次為：0%、0.3%、0.5%、0.7%、1%，經(jīng)過劈裂后，仔細觀察破裂面我們會發(fā)現(xiàn)水泥土試塊的干濕程度呈現(xiàn)一定的規(guī)律變化的，從左到右濕度逐漸增加。通過該圖側(cè)面反映出纖維摻入量的變化會引起內(nèi)部含稅兩的變化，即纖維對誰可能對水有一定吸附能力，可以減緩水分的流動。由此推測纖維的摻入可能增加纖維的阻水能力，進而影響水泥反應。3.4.3 纖維含量對延性的影響上述主要研究了纖維含量對裂縫變形的影響。查閱資料及規(guī)范得知水泥含量、養(yǎng)護齡期對混凝土試塊的變形均有影響，即這些因素影響材料的延性性能。由此可以類比出水泥土試塊具有相似的性能。那么纖維的含量對試塊的延性有哪些影響呢？圖3.12 應力應變曲線圖圖3.13 應力應變曲線圖上圖為水泥含量為20%和25%的劈裂試件的應力應變曲線圖。左圖為纖維含量分別為0.3%和0.7%，右圖為纖維含量分別為0%和1%的應力應變圖，通過圖片我們可以大致的初下列結(jié)論：纖維含量越低應力應變曲線達到峰值的時間越短，說明其脆性強，延性弱。當含量增加時應力應變曲線緩慢的達到峰值，應力應變曲線呈現(xiàn)比較好的連續(xù)性，說明纖維含量待會十塊的延性有提升作用。結(jié)合裂縫的開展情況及應力應變曲線圖總結(jié)如下結(jié)論：一定范圍內(nèi)，纖維的幾含量越高，試塊的延性越好，變形能力越好。經(jīng)過過實驗數(shù)據(jù)分析得知：玄武巖纖維的摻入在一定含量下，抗拉強度確實有所提高，抗拉強度增強量可提高15左右。但是，經(jīng)過翻閱相關資料得知水泥土試塊的抗壓度，增加并不明顯。如果通過玄武巖纖維優(yōu)化長度配比是否能夠達到雙優(yōu)(即抗拉強度與抗壓強度同事增強)，這些還有待學者求證。經(jīng)過劈裂實驗后，觀察分析破解面，大致知摻入纖維量的不同，水泥土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是存在一定差異的，這種差異性可能是導致水泥土內(nèi)部含水率不同的主要因素。這種現(xiàn)象側(cè)面反映出纖維水泥土試塊有一定的持水能力和阻水能力。根據(jù)這些性能可以調(diào)配好纖維的配比，用于防水工程8。另一方面，含水率的增加也存在一定的缺點。例如:如果在冬春季水凍融后會對內(nèi)部產(chǎn)生一定力量的拉力，從而導致結(jié)構(gòu)破壞，導致整體城外力下降。如果通過調(diào)控好纖維配比是否會減小凍融的影響，這些還有待學者考察。纖維長度纖維含量水泥含量齡期抗拉強度MAX增量00