芦苇纤维增强流态粉煤灰的力学性能及微观结构分析

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1117

摘要/Abstract

摘要：

为解决软土地区桥涵台背回填中流态粉煤灰材料因沉降收缩和干燥收缩引起的开裂问题，本文通过在流态粉煤灰中掺入0.2%~1.0%（质量分数）的碱处理芦苇纤维，研究芦苇纤维增强流态粉煤灰轻型路基填料的力学性能，并结合扫描电子显微镜分析了材料的微观结构演化机理。结果表明，芦苇纤维最佳掺量为0.4%，相比于未掺芦苇纤维的对照组，此掺量下的复合材料90 d干缩值降低25.8%，180 d抗压强度提高12.8%，90 d劈裂抗拉强度提高21.2%；28与90 d水稳定系数分别提升至0.938和0.969，90 d冻融循环稳定系数达0.941；当芦苇纤维掺量超过0.6%后，复合材料的整体性能下降。微观结构分析显示，芦苇纤维在养护后期与基体形成致密的凝胶桥接结构，有效提高了材料的抗裂性、强度与长期耐久性。

关键词: 流态粉煤灰, 芦苇纤维, 道路工程, 配合比设计, 力学性能, 微观结构分析

Abstract:

In order to address the cracking problem caused by settlement and drying shrinkage of fluid fly ash materials used in the backfill of bridge and culvert abutments in soft soil areas， this paper investigated the mechanical properties of a reed fiber-reinforced fluid fly ash lightweight subgrade filler. Alkali-treated reed fibers with different content （0.2%~1.0%， mass fraction） were added into fluid fly ash， and the microstructural evolution mechanism of the material was analyzed using scanning electron microscopy. The results show that the optimum reed fiber content is 0.4%. Compared with the control group without reed fiber， the 90 d shrinkage value decreases by 25.8%， the 180 d compressive strength increases by 12.8%， and the 90 d splitting tensile strength increases by 21.2%. The water stability coefficients at 28 and 90 d increase to 0.938 and 0.969， respectively， and the 90 d freeze-thaw stability coefficient reaches 0.941. When the reed fiber content exceeds 0.6%， the overall performance of the composite material decreases. Microstructure analysis shows that the reed fibers form a dense gel-bridge structure with the matrix at the later curing stage， which enhances the crack resistance， strength， and long-term durability of the material.

Key words: fluid fly ash, reed fiber, road engineering, mix proportion design, mechanical property, microstructure analysis

中图分类号:

U414

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图/表 13

图1 芦苇纤维的SEM照片

Fig.1 SEM images of reed fiber

表1 芦苇纤维碱处理前后的主要性能

Table 1 Basic properties of reed fiber before and after alkali treatment

Item	Density/（g·cm^-3）	Hemicellulose mass fraction/%	Lignin mass fraction/%	Cellulose mass fraction/%	Tensile strength/MPa	Elastic modulus/MPa
Untreated	0.57	26	22	44	24	476
Treated	0.64	15	11	62	32	713

表2 流动度与芦苇纤维掺量关系试验结果

Table 2 Test results of relationship between fluidity and reed fiber content

Reed fiber content/%	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0
Fluidity/cm	12.4	12.5	12.2	11.6	11.1	10.7

图2 流动度随芦苇纤维掺量变化曲线

Fig.2 Curve of fluidity versus reed fiber content

图3 抗压强度随芦苇纤维掺量变化曲线

Fig.3 Curves of compressive strength versus reed fiber content

图4 干缩值随芦苇纤维掺量变化曲线

Fig.4 Curves of shrinkage value versus reed fiber content

图5 劈裂抗拉强度随芦苇纤维掺量变化曲线

Fig.5 Curves of splitting tensile strength versus reed fiber content

图6 水稳定系数随芦苇纤维掺量变化曲线

Fig.6 Curves of water stability coefficient versus reed fiber content

图7 冻融循环稳定系数随芦苇纤维掺量变化曲线

Fig.7 Curves of freeze-thaw stability coefficient versus reed fiber content

图8 7 d 芦苇纤维增强流态粉煤灰的SEM照片和EDS谱

Fig.8 SEM images and EDS spectrum of 7 d reed fiber-reinforced fluid fly ash

图9 28 d 芦苇纤维增强流态粉煤灰的SEM照片和EDS谱

Fig.9 SEM images and EDS spectrum of 28 d reed fiber-reinforced fluid fly ash

图10 90 d 芦苇纤维增强流态粉煤灰的SEM照片和EDS谱

Fig.10 SEM images and EDS spectrum of 90 d reed fiber-reinforced fluid fly ash

图11 不同芦苇纤维掺量试件的SEM照片

Fig.11 SEM images of specimens with different reed fiber content

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