摘要：随着我国土木工程技术的发展，在某些地方需要轻型材料来满足建设需要，而轻质土在山区陡峭边坡支护、环境的保护、软土路基、减轻桥头跳车问题以及其他方面有着非常广泛的应用空间。而聚苯乙烯泡沫具有高轻质性，将聚苯乙烯泡沫和其他骨料与混合经过一定处理后能显著降低天然土的密度。但是在此种轻质土中掺入聚丙烯纤维能改善混合土的力学性能。
【前言】研究的背景及意义
随着我国基础建设的不断发展，在建设过程中遇到的土体问题也越来越多，特别是在土体压缩性大的软土地区，桥头跳车问题十分严重，还有因回填土的密度大，造成挡土墙承压大，更易破坏或者因需要增加挡土墙强度而增加建设成本等，靠传统方法解决这些问题也会有很多弊端。因此对于这类问题的解决，降低土体的密度至关重要。而聚苯乙烯作为一种高分子聚合物具有密度小的特点，且经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等，但是由于其残余价值不高，密度小等原因通常无法回收利用，因此用聚苯乙烯泡沫来做土体填充料对解决聚苯乙烯废弃物处理，缓解环境压力等方面具有重要的意义。然而掺入泡沫后混合土的强度会受到一定影响，于是近几年我国一些学者尝试了在聚苯乙烯泡沫轻质土中掺入一定量的聚丙烯纤维来改良原来土的力学性能。
1.聚丙烯纤维聚苯乙烯泡沫轻质土的密度研究
作为纤维聚苯乙烯泡沫轻质土，其密度特性是首要考虑因素。轻质土的密度可以通过改变不同材料的掺量来改变。对于未添加聚丙烯纤维的聚丙乙烯泡沫轻质土来说，其密度范围一般处在0.6g/cm3～1.8g/cm3 [1]范围内，而梅利芳[2]在轻质土中加入聚丙烯纤维后，发现改良的轻质混合土密度范围为0.6g/cm3～1.2g/cm3，其密度上限较普通的聚苯乙烯泡沫轻质土有所下降，笔者认为是由于纤维的密度远小于原状土的密度，掺入一定量的聚丙烯后，聚丙烯替代了一部分原状土，从而使密度有一定的下降。对于改善轻质土的密度时，聚苯乙烯泡沫的粒径、含量对土体的密度影响较大。高崎[3]在掺入纤维长度固定为9mm时，水泥量为15%时，通过添加泡沫直径的改变探究了相应混合土的密度变化。当直径为0.5mm～1.0mm时，轻质土密度为1.21g/cm3，直径处在2.0mm～3.0mm时，对应的密度为1.1g/cm3，添加泡沫直径为3.0mm～5.0mm时，混合土密度降至1.03g/cm3，可见增加泡沫的直径对减小轻质土的密度有一定的作用。宛立森[4]探究了聚苯乙烯泡沫含量对密度的影响，发现当泡沫的含量从1%上升到5%时，土的密度有了大幅减小，减幅值高达53.2%，表明聚苯乙烯含量对密度的影响较大轻质土中水泥的含量变化对轻质土的密度改变作用不大，刘汉龙等[5]通过改变水泥含量来研究聚苯乙烯轻质土的密度的变化，发现当水泥的掺量增加5%时，轻质土的密度却没有增加相应的幅度，原因是轻质土中水泥的含量较小，对轻质土的整体密度影响不大。
2.聚丙烯纤维聚苯乙烯泡沫轻质土的力学性质研究
对于聚苯乙烯颗粒混合轻质土国内和国外已经做了大量的研究，马时东等[6]以淤泥为原状土的轻质土其28d无侧限抗压强度可以超过400Kpa，砂土EPS颗粒混合轻质土的无侧限抗压强度大致在150～430Kpa范围内[7]，对于粉土，笔者未找到相应的研究。对于掺入聚乙烯纤维后，土体的无侧限抗压强度应该会有一定程度的提高。通过实验发现，纤维聚苯乙烯轻质混合土的28d无侧限抗压强度可达到1723.2Kpa以上，此时的水泥掺量为10%，聚苯乙烯颗粒直径为2～3mm，其体积与原状土的体积比为1：2，聚乙烯纤维长度为9mm，含量为0.2%。对于无纤维轻质土而言，聚苯乙烯泡沫的直径对土体强度影响较大，通过研究，马时东[8]发现当泡沫直径为1～3mm时，轻质土的强度较好。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆宛立森注意到，对于添加纤维后的聚苯乙烯轻质土，其合理的粒径范围应为0.5mm～3mm，3mm～5mm时强度则会下降到443.2Kpa，下降幅度达18.5%[4]，水泥含量也是影响混合土的无侧限抗压强度的一个重要因素，水泥掺量越多，土体强度也会越高，庄心善在此方面做了部分研究，发现其他情况相同时，水泥含量为15%时土的强度高于10%时的应变[9]。经过对不同学者研究结果的对比，笔者发现虽然多添加聚苯乙烯颗粒能大幅降低土的密度，但是也不宜太多，因为土体强度会受影响，少量纤维加入会增强强度，但是过多后轻质土强度也会下降，对于泡沫的直径宜选用1mm～2mm，其质量以素土质量的3%为好，同时纤维含量在0.2%，长度在18mm左右时最好。
3.现有研究的局限与建议
因为添加了聚苯乙烯后，土体各部分含量和性能较素土已经有很大区别，特别是由于泡沫的轻质性，使得研究时对于泡沫的含量是以与土的体积比为标准还是以与土的质量比为标准这一点国内还缺乏相应的统一标准，国内对于聚苯乙烯轻质土轻质土的保温性做了很好的研究，但是对于聚丙烯聚苯乙烯混合轻质土的保温性能还缺乏相应的研究；同时由于我国在掺有纤维的轻质土的研究较晚，对于这类土在动荷载下的力学性能还没有相关研究，现在也还没有发现有在实际路基和其它工程方面的研究和应用实例；对于轻质土，是否还有其它轻质材料可以作为骨料掺入其中来进一步发挥其密度优势，也应该还有其它材料可以作为添加剂来增强轻质土强度。
参考文献：
[1]Tong F，Gao H，Chen G.The Research and Development of Light-weight Soil Mixed with EPS Beads[J].Civil Engineering & Technology，2012，1（1）：1-9.
[2]梅利芳.纤维EPS颗粒轻质土物理力学特性研究[D].中国地质大学，2017.
[3]高琦.纤维泡沫颗粒轻质土力学性质试验研究[D].湖北工业大学，2017.
[4]苑立森.聚丙烯纤维EPS轻质混合土力学特性研究[D].湖北工业大学，2014.
[5]Liu H L，Dong J M，Zhou Y D，et al.Factors influencing on physico-mechanical properties of the light soil mixed polystyrene[J].Rock & Soil Mechanics，2005，26（3）：445-449.
[6]Ma S D.The properties of stabilized light soil（SLS）with expanded polystyrene[J].Rock & Soil Mechanics，2001.
[7]Tang J，Wei Z，Ming-Dong L I，et al.Physico-mechanical properties of sand EPS beads-mixed lightweight soil[J].Rock & Soil Mechanics，2007，28（5）：1045-1049.
[8]Ma S D.The properties of stabilized light soil（SLS）with expanded polystyrene[J].Rock & Soil Mechanics，2001.
[9]庄心善，苑立森，梅利芳.聚丙烯纤维EPS轻质混合土抗压强度试验研究[J].水电能源科学，2014（7）.
论文作者:王仕卿
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/20
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