含水率对椰纤维植被混凝土崩解性能的研究
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摘 要
通过对不同含水率的椰纤维植被混凝土试块进行崩解试验，分析了椰纤维植被混凝土遇静水时的崩解机理。试验结果表明，含水率对椰纤维植被混凝土崩解性影响先增大后减小，含水率为20%时处于抗崩解性能最强。通过对试验数据的分析得到椰纤维植被混凝土含水率最佳配比，为椰纤维植被混凝土的应用提供理论基础。
关键词
椰纤维;植被混凝土;抗崩性;含水率
中图分类号： TP391 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.058
0 前言
崩解试验又叫湿化试验，是指混凝土试块在静水中发生分解、碎裂、塌落或者强度减小的现象。它是研究土壤侵蚀的方法之一，而崩解量是评价土壤侵蚀情况严重程度的一项重要的指标。植被混凝土技术是一种生态护坡技术，目前应用较为广泛，它采用特定的混凝土和草种配比，从而对石类边坡进行防护和美化的新技术。
椰纤维属于椰工业的副产品，也是目前自然纤维中柔韧性和强度最理想的材料。多用于水土保持工程，有学者将植被混凝土与椰纤维结合起来，用于边坡防护和绿化。最常见的一种是椰纤维网复合喷射植被混凝土的边坡绿化方法，具体是先进行钢花管注浆后挂上铁丝网，在喷播基材后挂上椰纤维网，最后进行草种喷播。纤维网起到了前期保持水土流失和固定基材的作用，后期给植物提供营养的作用。[1]
有学者对椰纤维植被混凝土保水性和植生性进行研究[2]，但对其抗崩解性鲜有研究，这里试着就含水率对椰纤维植被混凝土的崩解性影响做一些基础性研究工作，进而探究椰纤维植被混凝土的抗侵蚀机理，并为椰纤维植被混凝土的应用提供理论基础。
1 试验设计
1.1 样品制作
本次试验是对含水率对椰纤维植被混凝土崩解的影响。含水率作为变量，因为含水率太低混凝土试块无法完全拌和，太高混凝土试块太稀不利于实验，所以含水率按15%、17%、20%、23%、25%选取。试验混凝土试块制作配合比为：土180g、水泥7.2g、椰纤维0.54g。
试验用土取自海南本地常见红黏土，经过筛分得到土壤颗粒小于2mm的試验用土，然后进行烘干。选用水泥为海南华盛水泥普通硅酸盐水泥P.O42.5R。为了试验精确性纤维统一采用长度为3cm的椰纤维丝。
将准备好的土、水泥、椰纤维和水进行拌和得到混凝土试块，并进行养护。为了保证土样重量一致采用100cm3圆形环刀进行取样。
1.2 试验装置
1.2.1 常规土壤崩解装置
常规的土壤崩解试验装置一般是参照蒋定生设计的土壤崩解仪，该仪器由玻璃缸、浮筒、网板等三个部分组成[3]。玻璃缸直径不小于30cm，缸高40cm;用1cm*1cm的网板挂于浮筒的下端;浮筒刻度单位为1，最大100，最小为0;将浮筒放入缸中矫正度数，并将5cm*5cm*5cm的立方体试块放在网板上。最大崩解时间设计为30min，计算崩解速率的公式如下：
式中，V为单位时间内试块崩解的体积（cm3/min）;L0为试块侵入水中时浮筒稳定的最大度数或者起始度数;Lt为试块完全崩解或者未完全崩解第30min时浮筒度数;t为试块完全崩解时间或者试块未完成崩解的最长观测时间30min;a为体积换算系数。
1.2.2 本次试验装置
参照蒋定生的实验原理，本次试验也是静态水测定混凝土崩解性能。试验仪器由静水天平、塑料桶、网板等三部分组成。塑料桶尺寸为直径23.5*cm高25cm，网板为自制的空隙尺寸是1cm*1cm。
1.3 试验方法
将筛分好的试验用土、3cm短纤维、水泥以及一定比例的水混合搅拌均匀;将搅拌好的纤维混凝土放入环刀与盒中进行称重记录并静置十分钟;在每次试验的采用等量的水;将网板挂在静水天平下浸入水中;在环刀中取出试块并在试块放入前对静水天平进行去皮;放入试块后开始计时并记录未崩解瞬间天平度数。
操作按《土工试验操作规程》中湿化试验相关规定进行。试验最长观测时间为30min。读数时间分别为0、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30min。试块崩解量计算公式为：
式中Bt为试块的体积占总体积的百分比（%）;Dt试块崩解的时静水天平的实时度数（g）;D0试块放入水中静水天平的初始度数。
2 实验现象
试块放入清水中，小分子颗粒开始向周围分解逸散，周围的水开始变混浊，接着有大量气泡溢出，然后试块表面开始崩解。开始崩解的速度相对较快，随后一段时间开始逐渐减慢直至稳定。随着试块结构被逐渐破坏，试块的崩解速度在稳定后又开始缓慢减速，直至达到实验设置时间30min。也有部分试块崩解时间短，崩解速度过快，试块结构在短时间内被水侵蚀破坏严重，在实验设置30min内已经完全崩解，在整个实验过程中不断有气泡冒出。
3 结果分析
通过30min的实验观测，不同含水率的崩解实验结果如表1所示。实验结果显示，含水率在0%时因为没有水无法进行混凝土拌和;含水率在15%时试块水分不够充足黏合度不够，试验在4min时崩解缓慢接着崩解，崩解量最大;含水率17%时，试验在6min前崩解速率过快然后吸水饱和崩解平缓，只是相对15%时崩解量较小，抗崩解能力提高;含水率20%时试块水分充足黏合度强抗崩解性能最强;含水率23%时试块水分过于充足试块过于湿润抗崩解性能相对20%时较弱;含水率在25%时试块水分过于充足试块相对于23%时更湿润抗崩解性能有稍微弱些。 综上所述，含水率在20%时是最佳含水率配比，低于20%，试块过于干燥在水中高度吸水导致抗崩解性能不强崩解量过大，高于23%试块过于湿润结构不稳固导致抗崩解性能不强。随着含水率的变化，试块的抗崩解能力先增大后减小，在含水率20%之前，含水率越高抗崩解性能越强，达到含水率20%时处于抛物线最顶端抗崩解性能最强，在含水率20%之后含水率越高抗崩解性能越弱。
通过对崩解数据的分析，绘制了累计崩解量与崩解时间的关系图，如图1所示，试块在刚进入水的前6min都在快速崩解低于含水率20%试块快速崩解并且因为水分较小黏合度不够结构不稳固充分吸水后崩解量较大，含水率20%及以上试块由于水分充足崩解量较之后面阶段较小。在6～10min含水率20%及以上试块都崩解平緩。15～30含水率20%试块开始加速崩解但速度不快，含水率23%、25%试块崩解速度开始变快。
椰纤维植被混凝土崩解主要发生在前6min左右，通过对抗崩性试验的理解，可以分析得出如下结论：
（1）前期崩解后，空气排出，土壤饱和，试块强度结构趋于稳定。
（2）试块表面存在凝结不稳固的浮土在初入水时，浮土迅速脱落，导致崩解量大。
（3）试块湿润是随着含水率的增加，由于水的湿润作用使混凝土内颗粒间黏结力降低和混凝土内凝结物质软化，导致试块强度降低。
4 结语
通过本次是实验得到如下结论：
（1）椰纤维植被混凝土含水率对抗崩性先增大，含水率在20%时处于定点，抗崩解性最强。
（2）关于含水率对椰纤维植被混凝土抗崩解性能的研究，通过试验数据的对比分析，可以得到制作椰纤维植被混凝土配比中最佳含水率，并椰纤维植被混凝土的应用提供理论基础。
（3）通过探究椰纤维植被混凝土的抗侵蚀机理，对在椰纤维植被混凝土运用于护坡上有了一定的理论基础，运用合适的配合比植被混凝土喷播与护坡上，理论上是确实可行的，不仅强度适合抗侵蚀能力较强。
（4）含水率对椰纤维植被混凝土的作用在对降水的截留减少流水侵蚀，从而防止水土流失;它具有保持生态系统平衡的作用，通过植被改善环境，逐渐恢复被破坏的生态系统。
参考文献
[1]张良荣.椰纤维植被护坡技术在石质边坡防护中的应用[J].公路，2016，61（07）：280-283.
[2]刘光锐，龚明子，刘君秀，陈茜，苏艺凡.椰纤维植被混凝土性能研究[J].商品混凝土，2013（11）：30-32.
[3]蒋定生.黄土高原水土流失与治理模式[M].北京：中国水利水电出版社，1997：60.
[4]张博，许文年，周正军.植被混凝土基材崩解特性试验研究[J].中国水土保持，2012（05）：56-58.
[5]邹翔，张平仓，陈杰.小江流域土壤抗崩性实验研究[J].水土保持研究，2008（01）：244-246.
[6]姚贤良，程云生等，土壤物理学[M].北京，农业出版社，1986.
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