Mechanical Property and Frost Resistance Analysis of Foamed Lightweight Soil with Fiber Filament and Mesh Reinforcement
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摘要:
为分析短纤维丝和纤维网加筋对泡沫轻质土力学性能和抗冻性的影响，开展了一系列的无侧限抗压强度试验、抗折强度试验、动三轴试验和冻融循环试验. 试验结果表明：对提高抗压强度而言，设计湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土掺入短纤维丝的最优长度和掺量分别为6 mm和0.4%；采用长度6 mm和掺量0.4%的短纤维丝对设计湿密度在400～1 000 kg/m3的泡沫轻质土进行加筋后，泡沫轻质土抗压强度、抗折强度和动应力阈值得到了显著地提高，最小提高量分别为35.3%、31.4%和53.4%；采用长度6 mm和掺量0.6%的短纤维丝对泡沫轻质土进行加筋后，设计湿密度分别为400、700、1 000 kg/m3的泡沫轻质土抗冻融循环次数分别由5、25、125次提高至10、50次和超过150次，泡沫轻质土抗冻性得到了显著地提高；相对于提高泡沫轻质土抗折强度而言，纤维网0.4%短纤维丝复合加筋的效果最好，单一纤维网加筋方式次之，单一短纤维丝加筋方式最差；短纤维丝、纤维网或两者复合加筋均显著地增加泡沫轻质土的韧性.
Abstract:In order to analyze the influence of the short fiber filaments and fiber mesh reinforcement on the mechanical property and frost resistance of foamed lightweight soil, a series of tests including unconfined compression tests, flexural strength tests, dynamic triaxial tests, and freeze-thaw cycle tests were performed. The results showed that to improve the compressive strength of the foamed lightweight soil, the optimal length and content of the short glass fiber mixed into the foamed lightweight soil with a design wet density of 700 kg/m3 are 6 mm and 0.4%, respectively. After the foamed lightweight soil with the designed wet density ranging from 400 to 1 000 kg/m3 was reinforced using short glass fibers with length of 6 mm and content of 0.6%, their compressive strength, flexural strength, and dynamic stress threshold were significantly improved, with the minimum increases being 35.3%, 31.4% and 53.4%, respectively. When the foamed lightweight soil had been reinforced with short glass fibers with length of 6 mm and content of 0.6%, the freezing-thawing durability of the foamed lightweight soil with design wet densities of 400, 700 and 1 000 kg/m3 increased from 5 cycles to 10 cycles, 25 cycles to 50 cycles, and 125 cycles to more than 150 cycles, respectively. This indicates that the frost resistance of the foamed lightweight soil was significantly improved. To improve the flexural strength of the foamed lightweight soil, the effect of the reinforcement by the glass fiber mesh combined with short fiber filaments (0.4% in weight) was the best, the effect of the single glass fiber mesh reinforcement was the second, and the effect of the single glass fiber filament reinforcement was the worst. Additionally, the toughness of the foamed lightweight soil can be improved significantly by short glass fiber filament reinforcement, glass fiber mesh reinforcement, or glass fiber mesh combined with short glass fiber filament reinforcement.
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泡沫轻质土也称为泡沫轻质混凝土，具有自重轻、保温隔热、吸音、耐火和施工便捷等优点[1-3]，自1923年由Eriksson申请专利并被授权之后[4]，已被广泛地应用于房建工程、铁路和公路路基、军事土建工程、机场跑道末端缓冲铺面等领域[3, 5-8]. 2015年，我国新颁布的公路路基设计规范于“3.9 轻质材料路堤”中将泡沫轻质土作为减小路堤自重或土压力的路堤填料[9]，以此规范为支撑，促进了泡沫轻质土在公路路基拓宽和桥台背回填等工程中得到了大量应用. 鉴于泡沫轻质土在公路路基中的应用成果及其在控制新老路基差异沉降和减小地基土压力等方面取得的极佳技术效果，泡沫轻质土逐渐被引入到铁路领域作为路基填料，先后在京沪高铁德州东站和曲阜东站、雄忻高铁忻州西站站场路基帮宽和紧邻既有线新建路基等工程中得到试验性应用. 然而，泡沫轻质土具有高孔隙率[10]，使其力学特性尤其抗冻性易受水的影响[11]，造成设计人员对其耐久性具有诸多顾虑.
为了分析水对泡沫轻质土力学性能的影响和提高泡沫轻质土的耐久性，国内外学者开展了许多研究工作. 如Huang等[7]分析了密度为500～800 kg/m3的泡沫轻质土分别处于风干状态和含水饱和状态下抗压强度和动应力阈值，发现相同密度下泡沫轻质土在含水饱和状态下上述指标均比风干状态下小. Shi等[8]分析了泡沫轻质土在死水和活水环境下抗压强度和动应力阈值随着浸水天数的变化规律，发现设计干密度为300～800 kg/m3的泡沫轻质土浸泡于死水条件下其抗压强度和动应力阈值随浸水天数（100 d）的变化呈先快速减小后略有增大的规律，然而，浸泡于活水环境中的泡沫轻质土的抗压强度和动应力阈值随浸水天数的增加均呈减小规律，并且设计干密度越小，其抗压强度和动应力阈值减小趋势越显著，研究认为其主要原因是活水环境可使泡沫轻质土的氢氧化钙持续地溶于水中，导致其抗压强度和动应力阈值减小，而在死水环境下溶于水中的氢氧化钙逐渐趋于饱和. 另外，泡沫轻质土含水量增大也可使其抗冻性能降低[12-13].
上述研究结果表明，水的影响可使泡沫轻质土力学性能降低，为了克服水对泡沫轻质土力学性能的影响及提升其抗冻性，国内外学者开展了一些泡沫轻质土改性研究，如在泡沫轻质土体系中添加人工合成纤维，就是提高其性能的有效途径之一. 研究结果表明，采用纤维加筋可显著地提高泡沫轻质土的抗压强度和抗折强度[13-15]. 在铁路和公路领域应用中泡沫轻质土耐久性是设计人员所考虑的首要问题，虽然已知在泡沫轻质土浆液中添加纤维可提高其力学性能和改善其耐久性，但是，目前关于短纤维丝和纤维网加筋泡沫轻质土力学性能的研究仍然还不充分，还不能为泡沫轻质土在铁路和公路领域中推广应用提供有力的理论和技术支撑.
本研究采用短纤维丝和纤维网对泡沫轻质土进行加筋，制作加筋泡沫轻质土试样，开展抗压强度试验、抗折试验和冻融循环试验等，分析不同短纤维丝掺量条件下抗压强度、抗折强度和抗冻性的变化规律，以及布设纤维网情况下抗压强度和抗折强度及其破坏特征，研究结果可为铁路和公路泡沫轻质土路基设计提供理论依据.
1. 试验方案
1.1 试验材料
试验所用材料主要包括短纤维丝、纤维网和P·O42.5级普通硅酸盐水泥. P·O42.5级普通硅酸盐水泥是胶凝材料，由四川省拉法基水泥集团生产，其主要性能参数详见表1. 发泡剂采用国内某公司生产的复合发泡剂，其具有发泡倍数高，制备的泡沫均匀细小，且泡沫稳定性好，液膜坚韧，在搅拌混合过程中不易发生变形或破裂等性能优点，其技术指标见表2. 短纤维丝和纤维网是泡沫轻质土的加筋材料，短纤维丝选用耐碱玻璃纤维，其主要技术指标详见表3，短纤维丝长度分别为3、6、9 mm和12 mm 4种；纤维网是由耐碱玻璃纤维做成，为双向玻璃纤维网，如图1所示，网格是边长为4 mm的正方形状，拉伸断裂强度为24 kN/m.
表 1 P·O42.5普通硅酸盐水泥的主要化学成分和物理性能Table 1. Main chemical component and physical properties of Ordinary Portland Cement 42.5化学指标百分比/% 物理指标 SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O 烧失量 细度/（m2·kg−1） 比重/（kN·m−3） 22.02 2.65 6.19 58.99 2.53 2.67 0.58 0.36 3.08 391.00 3.07 表 2 复合型发泡剂的主要物理性能Table 2. Main physical performances of the compound foaming agentPH 值 挥发性有机化合物/（g·L−1） 密度/（kg·L−1） 游离甲醛/（g·kg） 发泡倍数 苯/（g·kg−1） 甲苯十二苯/（g·kg−1） 7.1 15 1.13 0.3 ≥50 0 0 表 3 耐碱玻璃纤维主要物理力学参数Table 3. Main physical and mechanical parameters of the alkali-resistant glass fiber直径/
μm线密度/
dtex抗拉强
度/MPa断裂
伸长率/%拉伸模量/
GPa15 78 2 000 2.5 75 1.2 配比设计与试样制作
1） 设计湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土为试验对象，掺入不同长度和掺量的短玻璃纤维丝，试验分析纤维长度和掺量对泡沫轻质土抗压强度的影响规律，提出最优短纤维丝长度和掺量. 未添加纤维的泡沫轻质土配合比参数见表4中D7组，本试验中纤维添加采用等量替代法，即添加短纤维丝等量替代相应重量的水泥. 在泡沫轻质土浆液拌制过程中掺入玻璃纤维，长度为3、6、9 mm和12 mm的短玻璃纤维丝分别添加0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.5%的玻璃纤维. 按照表4中D7组配比参数和等量替代法，制作掺入不同长度和掺量的短纤维丝的100 mm × 100 mm × 100 mm试块，制作过程如图2所示. 每种玻璃纤维长度每个掺量制作3个立方体试块，试块脱模后经28 d标准养护，再进行无侧限抗压强度试验.
表 4 未加筋泡沫轻质土配比Table 4. Mixing proportions of the foamed lightweight soil without glass fibers组序 设计湿密度/
（kg·m−3）水泥/kg 水/kg 水灰比 泡沫/kg D4 400 217.63 163.23 0.75 19.15 D5 500 283.70 198.59 0.70 17.73 D6 600 353.72 229.92 0.65 16.37 D7 700 428.07 256.84 0.60 15.09 D8 800 507.17 278.94 0.55 13.90 D9 900 580.02 307.41 0.53 12.59 D10 1000 659.08 329.54 0.50 11.17 2） 依据不同长度和掺量的短纤维丝对湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土抗压强度的影响规律，提出短纤维丝的最优长度及其掺量，以此最优长度及其掺量为标准，按等量替代法将短纤维丝加入各湿密度的泡沫轻质土中. 依据表4的配比参数，对设计湿密度为400、500、600、700、800、900、1000 kg/m3的泡沫轻质土，分别制作100 mm × 100 mm × 100 mm立方体短纤维丝加筋和未加筋试块，用于无侧限抗压强度试验；Ф50 mm × 100 mm圆柱体短纤维丝加筋和未加筋试块，用于动三轴试验；40 mm × 40 mm × 160 mm长方体短纤维丝加筋和未加筋试块，用于抗折强度试验. 对设计湿密度为400、700、1000 kg/m3的泡沫轻质土，分别制作100 mm × 100 mm × 100 mm立方体短纤维丝加筋和未加筋试块，用于冻融循环试验.
3） 针对设计湿密度为500、700、900 kg/m3的泡沫轻质土，分别制作纤维网 + 0.4%短纤维丝加筋试块、纤维网加筋试块、0.4%短纤维丝加筋试块和未加筋试块，所有试块均为40 mm × 40 mm × 160 mm的长方体，用于抗折强度试验. 所用纤维网为双向玻璃纤维网，靠近试块上表面位置加入纤维网后的状态如图3所示，纤维网离泡沫轻质土表面4 mm.
1.3 试验方法
1.3.1 无侧限抗压强度试验和抗折强度试验
无侧限抗压强度试验按照我国蒸压加气混凝土性能试验方法相关规范[16]中的第3部分相关规定进行；抗折强度试验在参照上述规范的基础上，依据文献[17]，采用三点弯折法，如图4所示，由该方法得到的泡沫轻质土抗折强度为
ff=PLbh2， (1) 式中：
P 为施加的最大荷载，kN；L 为泡沫轻质土试块长度，m；h 为泡沫轻质土试块截面高度，m；b 为泡沫轻质土试块截面宽度，m.1.3.2 抗冻性试验
泡沫轻质土参照《蒸压加气混凝土性能试验方法》（GB/T 11969—2020） [16]进行抗冻性试验，由于在烘干温度作用下泡沫轻质土试块会产生开裂，由此会影响抗冻性试验结果. 因此，在本研究中泡沫轻质土抗冻性试验采用气冻水融的“慢冻法”，当试样养护完成后将其浸入（20 ± 2）℃的水中10 d，随后取出进行称重，并用保鲜膜包裹称重后的试块，在放入温度为（−20 ℃～−18 ℃的冷冻箱内，冷冻时长为12 h，然后从冷冻箱内取出试块放入温度为18 ℃～ 20 ℃的水中融化12 h，融化完成后即为一个冻融循环. 在第1、3、5、10、15、25、35、50、75、100、125次和150次冻融循环后，对试样进行称重和抗压强度试验，直至试块破坏. 试块破坏判别标准为抗压强度损失率超过25%或质量损失率超过5%.
1.3.3 动三轴试验
采用伺服电机控制的动三轴试验系统开展动三轴试验. 在动三轴试验中，依据泡沫轻质土用于高速铁路路基基床底层及其以下部位所受到的静动应力条件，确定施加围压为20 kPa，竖向动荷载为频率5 Hz的正弦波荷载，竖向动荷载幅值根据试样湿密度确定初值，然后逐渐加载动荷载幅值直至试样破坏，每个加载幅值的加载次数为5万次，达到试样破坏的临界值即为试样材料的临界动应力（或动强度）.
经上述试验得到泡沫轻质土的抗压强度、抗折强度、抗压强度损失率、质量损失率和临界动应力均为3个试块试验结果的均值.
2. 试验结果及分析
2.1 短纤维丝加筋泡沫轻质土力学特性
2.1.1 最优短纤维丝长度和掺量分析
在设计湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土中掺入长度分别为3、6、9 mm和12 mm的短纤维丝发现，在掺入不同短纤维丝长度的条件下，泡沫轻质土抗压强度随短纤维丝掺量的变化规律如图5所示.
图 5 短纤维丝长度对抗压强度的影响规律Figure 5. Influence of the short glass fiber length on the compressive strength在短纤维丝掺量为0.2%～1.5%的范围内，设计湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土抗压强度均随各长度的短纤维丝的掺量呈先增大后减小. 当短纤维丝长度分别为3、6、9 mm和12 mm时，加筋泡沫轻质土抗压强度最大值分别为3.091、3.304、3.189、3.034 MPa，对应的短纤维丝掺量分别1.0%、0.4%、0.4%和0.2%. 加筋泡沫轻质土各最大抗压强度与基准抗压强度（短纤维掺量为0）相比，分别增大了40.8%、50.5%、45.2%和38.2%. 由此可知，相对湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土而言，掺入短纤维丝的最优长度和掺量分别为6 mm和0.4%.
高孔隙率是泡沫轻质土的显著特点之一，泡沫轻质土孔隙率对其抗压强度具有明显的影响，密度越低泡沫轻质土孔隙率越大，在短纤维丝抗拉强度不变以及纤维丝与泡沫轻质土之间黏结能力不变的条件下，泡沫轻质土密度越低，其孔隙率越大，要充分发挥纤维丝的抗拉强度，则需要泡沫轻质土对短纤维丝的包裹长度就越大，需要的短纤维丝长度也会越大；泡沫轻质土密度越大，其孔隙率越小，则需要泡沫轻质土对短纤维丝的包裹长度就越小，需要的短纤维丝长度也会越小. 这反映泡沫轻质土对短纤维丝的包裹长度与其密度有关系，说明每个密度等级应有相应的最优短纤维丝长度和掺量.
在本研究中不考虑泡沫轻质土密度对选择短纤维丝长度和掺量的影响，因此，在无侧限抗压强度试验、动三轴试验和抗折试验中，设计湿密度为400、500、600、700、800、900、1000 kg/m3的泡沫轻质土选择掺入的短纤维丝长度和掺量均为6 mm和0.4%；为了提高纤维对泡沫轻质土的包裹效应，在抗冻性试验中，提高玻璃纤维的掺入量，即各设计湿密度选择掺入的短纤维丝长度和掺量均为6 mm和0.6%.
2.1.2 短纤维加筋泡沫轻质土强度和抗冻性分析
1） 抗压强度和抗折强度
在设计湿密度为400～1 000 kg/m3范围内，短纤维加筋和无加筋泡沫轻质土抗压强度和抗折强度变化规律如图6所示.
图 6 泡沫轻质土抗压强度和抗折强度随湿密度的变化规律Figure 6. Variation of the flexural strength and compressive strength of the foamed lightweight soil with wet density从图6可知：在不同设计湿密度下，在泡沫轻质土中掺入0.4%的短纤维丝可显著提高其抗压强度和抗折强度，相对未加筋泡沫轻质土而言，设计湿密度分别为400、500、600、700、800、900、1000 kg/m3的短纤维丝加筋泡沫轻质土，其抗压强度分别提高35.3%、52.8%、51.6%、50.5%、44.1%、43.6%和38.1%，抗折强度分别提高31.4%、64.8%、56.2%、77.5%、66.7%、63.1%和55.2%
2） 动应力阈值
短纤维加筋和未加筋泡沫轻质土动应力阈值随设计湿密度的变化规律如图7所示.
图 7 泡沫轻质土动应力阈值随湿密度的变化规律Figure 7. Variation of the dynamic stress threshold of the foamed lightweight soil with wet density在泡沫轻质土中掺入0.4%的短纤维丝后，跟同等级设计湿密度的未加筋泡沫轻质土相比，可显著提高泡沫轻质土的动应力阈值. 当短纤维丝加筋泡沫轻质土的设计湿密度分别为400、500、600、700、800、900、1 000 kg/m3时，其动应力阈值分别提高53.4%、92.2%、92.2%、87.4%、75.2%、90.3%和65.9%.
3） 抗冻性
泡沫轻质土在掺入0.6%的短纤维丝条件下，其质量和抗压强度损失率随冻融循环的变化规律如图8所示.
图 8 泡沫轻质土质量和抗压强度损失率与冻融循环的关系Figure 8. Relations of the mass and compressive strength loss rates of foamed lightweight soil with the freeze-thaw cycles从图8可知：未加筋泡沫轻质土质量和抗压强度损失率均随冻融循环次数的增大而增大，在相同冻融循环次数作用下，泡沫轻质土设计湿密度越大，其质量损失率越小，说明加大泡沫轻质土密度可提高其抗冻性，然而，需要消耗更多的水泥，由此引起泡沫轻质土造价升高；在泡沫轻质土中掺入0.6%的玻璃短纤维丝，可显著提高泡沫轻质土的抗冻性，以质量和抗压强度损失率分别不超过5%和25%为标准，设计湿密度为400 kg/m3的泡沫轻质土抗冻融循环次数由5次提高至10次，设计湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土抗冻融循环次数由25次提高至50次，设计湿密度为1 000 kg/m3的泡沫轻质土抗冻融循环次数由125次提高至超过150次.
设计湿密度分别为400、700、1 000 kg/m3的泡沫轻质土经过冻融循环次数分别为25、75、150次后的状态如图9所示. 未加筋泡沫轻质土试块外部脱落程度比加筋泡沫轻质土试块更严重，说明掺入的短纤维丝呈三维乱相分布于泡沫轻质土中，纤维丝提高了泡沫轻质土孔壁的抗冻胀能力，并且纤维使泡沫轻质土孔壁破裂后不易脱落，使得泡沫轻质土具有更好的抗剥落能力.
图 9 经设定冻融循环次数后有、无加筋的试样形态Figure 9. Morphological photos of specimens with and without glass fiber reinforcement after a fixed number of freeze-thaw cycles2.2 纤维网加筋泡沫轻质土力学特性
设计密度分别为500、700、900 kg/m3的泡沫轻质土采用纤维网和纤维网 + 0.4%短纤维丝复合加筋后的抗折强度变化规律见表5所示.
表 5 不同加筋方式的泡沫轻质土抗折强度Table 5. Flexural strength of the foamed lightweight soil with different patterns of reinforcementMPa 设计湿密度/
（kg·m−3）未加筋 0.4%
短纤维纤维网 纤维网 + 0.4%
短纤维丝500 0.321 0.529 1.028 1.453 700 0.781 1.386 2.359 2.951 900 1.278 2.084 4.551 5.159 从表5可知：与未加筋泡沫轻质土相比，加入0.4%的短纤维丝、纤维网和纤维网 + 0.4%短纤维丝后，设计湿密度为500、700 、900 kg/m3的加筋泡沫轻质土抗折强度分别提高64.8%、220.2%和352.6%（设计湿密度为500 kg/m3），77.5%、202.0%和277.8%（设计湿密度为700 kg/m3），以及63.1%、256.1%和303.7%（设计湿密度为900 kg/m3）. 即相对提高泡沫轻质土抗折强度而言，采用纤维网的加筋效果比短纤维丝好，纤维网 + 0.4%短纤维丝的复合加筋效果比单独纤维网的加筋效果更好.
观察抗折强度试验过程发现：无加筋泡沫轻质土试块随加载的增大，跨中底部出现竖向微裂缝后迅速扩展，荷载瞬间陡降，试块破坏；采用玻璃短纤维丝加筋的试块随加载的增大，跨中底部产生竖向裂缝后荷载下降平缓，此过程中裂缝宽度逐渐加大，裂缝中出现短纤维丝“跨接状态”，如图10所示，直至试块破坏；采用纤维网 + 0.4%短纤维丝复合加筋的试块随加载的增大，裂缝产生时荷载略有减小后继续增大，裂缝中出现纤维网和纤维丝“跨接状态”，随着施加荷载的进一步增大，裂缝中的纤维网被拉断，荷载迅速陡降至0.
图 10 短纤维丝加筋试块裂缝之间纤维丝呈“跨接状态”Figure 10. Bridging state of the glass fiber between cracks in the short glass fiber reinforced specimen综合泡沫轻质土抗压强度、抗折强度、动三轴和冻融循环试验结果可知，对泡沫轻质土进行加筋可显著提高泡沫轻质土静动力学性能和抗冻性，因此，泡沫轻质土应用于受静、动力荷载和冻融循环作用显著的铁路基床和公路基层时，为了满足静动荷载条件和抗冻性要求，除了提高泡沫轻质土密度之外，还可采用短纤维丝或短纤维丝 + 纤维网复合加筋方式，并且后者更具有经济性.
3. 结 论
为了分析短纤维丝和纤维网加筋对泡沫轻质土力学性能和抗冻性的影响，开展了无侧限抗压强度试验、抗折强度试验、动三轴试验和冻融循环试验，得到了以下主要结论：
1） 以设计湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土为试验对象，掺入耐碱玻璃纤维的最优长度和掺量分别为6 mm和0.4%，与未加筋泡沫轻质土相比，采用最优玻璃纤维长度和掺量对泡沫轻质土进行加筋后，其抗压强度由2.196 MPa提高至3.189 MPa，提高了50.5%.
2） 采用长度为6 mm和掺量为0.4%的短纤维丝对设计湿密度在400～1 000 kg/m3范围的泡沫轻质土进行加筋后，泡沫轻质土抗压强度、抗折强度和动应力阈值得到显著地提高，最小提高量分别为35.3%、31.4%和53.4%.
3） 以设计湿密度为400、700 、1000 kg/m3的泡沫轻质土为对象，采用长度为6 mm和掺量为0.6%的短纤维丝对泡沫轻质土进行加筋，以质量和抗压强度损失率分别不超过5%和25%为标准，设计湿密度为400、700、1000 kg/m3的泡沫轻质土抗冻融循环次数分别由5次提高至10次、25次提高至50次和125次提高至超过150次，泡沫轻质土的抗冻性得到了显著地提高.
4） 以设计湿密度为500、700 、900 kg/m3的泡沫轻质土为对象，与未加筋泡沫轻质土的抗折强度相比，单一短纤维丝加筋后最少提高了63.1%，单一纤维网加筋后最少提高了202.0%，纤维网 + 0.4%纤维丝复合加筋后最少提高了277.8%，说明采用纤维网 + 0.4%短纤维丝的复合加筋方式对提高泡沫轻质土抗折强度的效果最好.
5） 从加载过程泡沫轻质土试块破坏形态可知，采用短纤维丝、纤维网或纤维网 + 0.4%短纤维丝复合加筋均显著增加泡沫轻质土的韧性.
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图 5 短纤维丝长度对抗压强度的影响规律
Figure 5. Influence of the short glass fiber length on the compressive strength
图 6 泡沫轻质土抗压强度和抗折强度随湿密度的变化规律
Figure 6. Variation of the flexural strength and compressive strength of the foamed lightweight soil with wet density
图 7 泡沫轻质土动应力阈值随湿密度的变化规律
Figure 7. Variation of the dynamic stress threshold of the foamed lightweight soil with wet density
图 8 泡沫轻质土质量和抗压强度损失率与冻融循环的关系
Figure 8. Relations of the mass and compressive strength loss rates of foamed lightweight soil with the freeze-thaw cycles
图 9 经设定冻融循环次数后有、无加筋的试样形态
Figure 9. Morphological photos of specimens with and without glass fiber reinforcement after a fixed number of freeze-thaw cycles
图 10 短纤维丝加筋试块裂缝之间纤维丝呈“跨接状态”
Figure 10. Bridging state of the glass fiber between cracks in the short glass fiber reinforced specimen
表 1 P·O42.5普通硅酸盐水泥的主要化学成分和物理性能
Table 1. Main chemical component and physical properties of Ordinary Portland Cement 42.5
化学指标百分比/% 物理指标 SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O 烧失量 细度/（m2·kg−1） 比重/（kN·m−3） 22.02 2.65 6.19 58.99 2.53 2.67 0.58 0.36 3.08 391.00 3.07 
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表 2 复合型发泡剂的主要物理性能
Table 2. Main physical performances of the compound foaming agent
PH 值 挥发性有机化合物/（g·L−1） 密度/（kg·L−1） 游离甲醛/（g·kg） 发泡倍数 苯/（g·kg−1） 甲苯十二苯/（g·kg−1） 7.1 15 1.13 0.3 ≥50 0 0
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表 3 耐碱玻璃纤维主要物理力学参数
Table 3. Main physical and mechanical parameters of the alkali-resistant glass fiber
直径/
μm线密度/
dtex抗拉强
度/MPa断裂
伸长率/%拉伸模量/
GPa15 78 2 000 2.5 75
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表 4 未加筋泡沫轻质土配比
Table 4. Mixing proportions of the foamed lightweight soil without glass fibers
组序 设计湿密度/
（kg·m−3）水泥/kg 水/kg 水灰比 泡沫/kg D4 400 217.63 163.23 0.75 19.15 D5 500 283.70 198.59 0.70 17.73 D6 600 353.72 229.92 0.65 16.37 D7 700 428.07 256.84 0.60 15.09 D8 800 507.17 278.94 0.55 13.90 D9 900 580.02 307.41 0.53 12.59 D10 1000 659.08 329.54 0.50 11.17
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表 5 不同加筋方式的泡沫轻质土抗折强度
Table 5. Flexural strength of the foamed lightweight soil with different patterns of reinforcement
MPa 设计湿密度/
（kg·m−3）未加筋 0.4%
短纤维纤维网 纤维网 + 0.4%
短纤维丝500 0.321 0.529 1.028 1.453 700 0.781 1.386 2.359 2.951 900 1.278 2.084 4.551 5.159
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