详情

新型玄武岩纤维加筋改良膨胀土胀缩特性试验研究

申报人:胡齐 申报日期:2021-12-07

基本情况

2022校院级项目管理
新型玄武岩纤维加筋改良膨胀土胀缩特性试验研究 学生申报
创新训练项目
工学
土木类
教师科研项目选题
一年期
玄武岩纤维是一种新型的纯天然绿色纤维。本项目以膨胀土胀缩特性为对象,将纤维掺入膨胀土中,研究不同纤维掺量和纤维长度对其胀缩特性的影响规律,分析纤维加筋对改良后的膨胀土胀缩特性的影响。
大一学年参加首届工业化建筑与智慧建造竞赛。
指导老师参与国家自然科技基金。基于自感测的机敏格栅加筋膨胀土边坡服役性能演化与评估研究,2019.1-2022.12。基金号:41877244
指导老师提供实验材料的准备工作,指导实验方案的制定,实验方法,试验结果分析等。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
胡齐 土木工程学院 土木工程(本科) 2020 负责实验方案制定,文献查询,撰写实验报告和室内试验,占50%。
李玉萍 土木工程学院 土木工程(本科) 2020 负责撰写实验报告和室内试验,占50%。

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
彭轶群 土木工程学院

立项依据

玄武岩纤维是一种新型的纯天然绿色纤维。本项目通过将玄武岩纤维掺入膨胀土中,研究不同纤维掺量和纤维长度对膨胀土胀缩特性的影响规律,以南京地区膨胀土为试验对象,在不同纤维掺量和纤维长度条件下对膨胀土试样进行试验。总结分析对改良后的膨胀土胀缩特性的影响。 

玄武岩纤维是一种新型的纯天然绿色纤维。膨胀土是一种具有裂隙性、胀缩性和超固结性的高塑性粘土。在天然状态下强度很高,但其对气候环境变化特别敏感。土的胀缩特性是指粘性土有吸水膨胀和失水收缩的两种变形特性。温度及温度循环变化所引起的胀缩现象是自然界内万物固有的属性。膨胀土由于富含亲水性的矿物,随含水率的变化产生显著的干缩湿胀变形,膨胀土的这种不良性质极易引起工程病害。因此探寻改良膨胀土性能的方法就十分有必要。膨胀土的处治方法很多,有效方法之一是利用纤维加筋。 

膨胀土是一种具有裂隙性、胀缩性和超固结性的高塑性粘土,其颗粒组成主要由强亲水性较强的矿物——伊利石和蒙脱石组成。膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩开裂的特点,这点与其他粘性土有着本质的区别。膨胀土对建筑工程的危害已经成为全球性技术难题,在膨胀土地区的建筑工程事故频繁发生,带来了一定程度上的人员伤亡和财产损失。这些是建筑工作者必须直面面对和着力要解决的问题。尽管对膨胀土的研究已经持续了半个多世纪,但至今在膨胀土地区的工程建设事故仍频繁发生,尤其是在公路、铁路工程的建设中,膨胀土问题尤其突出,为此不得不耗费了巨大的工程费用来处理问题土。

研究解决膨胀土给实践工程建设带来的各方面问题,国内外学者从不同角度和方法来研究改良膨胀土方法。物理改良是一种传统和最常用的改良方法,利用土工织物优良的物理特性的来限制土体的变形和提高土体的强度。纤维加筋法是物理改良法中的一种,纤维的优良的特性可以与膨胀土结合,纤维的增加可抑制膨胀土的胀缩性;增加纤维含量,土的无侧限抗压强度和抗剪强度均有所增大,当纤维含量超过一定最优加筋量时,加筋膨胀土的无侧限抗压强度和抗剪强度反而会降低。因此,通过掺加玄武岩纤维增强材料,可以获得强度和韧性更高的纤维膨胀土。因此,纤维加筋法受到了国内外学者重视,目前在纤维加筋改良膨胀土的方面已经取得很多有效的成果。

玄武岩纤维是一种无机的复合材料,原料是天然玄武岩石料,具有生产工艺简单的特点。玄武岩纤维也是一种典型的能源节约、环境友好型的纯天然无污染绿色纤维。其成本低廉,耐高温,耐腐蚀,吸湿低,绝缘性能好,通过按不同标准制作不同规格的玄武岩纤维就能很好的运用在各行各业。在建筑工程领域,玄武岩纤维已经应用于混凝土加固中,可以显著提高混凝土的抗折强度、劈裂抗拉强度和轴心抗压强度。近几年发展起来的玄武岩纤维加筋法,通过改良复杂地质条件下软土来促进其在岩土工程方面的应用。科研工作者和工程建筑人员发现,相较于化学合成纤维和钢纤维,玄武岩纤维具有防腐、抗锈性能更强和成本更低的优势,玄武岩纤维的应用前景将更加广泛。目前,国内外很多学者将玄武岩纤维应用在对膨胀土的改良方面。  

 玄武岩纤维是一种新型的纯天然绿色纤维。膨胀土是一种具有裂隙性、胀缩性和超固结性的高塑性粘土。而胀缩性与片状粘粒有关,膨胀是由于粘粒水化以及周围的扩散层增厚缘故,当土壤胶体被强烈解离阳离子饱和时,膨胀性最强。土壤质愈粘重,即粘粒含量愈高,尤其是扩展型粘粒矿物质(蒙脱石,蛭石等)含量愈高,则胀缩性愈强。在天然状态下强度很高,但其对气候环境变化特别敏感。由于富含亲水性的矿物,随含水率的变化产生显著的干缩湿胀变形,膨胀土的这种不良性质极易引起工程病害。因此探寻改良膨胀土性能的方法就十分有必要。膨胀土的处治方法很多,有效方法之一是利用纤维加筋。本项目正是研究,膨胀土在不同纤维掺量和纤维长度作用下胀缩特性的变化规律,是具有创新性和应用性的。 

1)文献分析法。通过查阅国内外相关著作期刊、学位论文、研究报告等,了解有关玄武岩纤维加筋膨胀土在国内外的最新研究动态,深入了解玄武岩纤维加筋膨胀土的发展历程及应用状况。

2)归纳总结法。对所搜集文献中的改良膨胀土的方法和效果进行全面分析和归纳总结,寻找解决问题的突破口。

3)定性分析和定量分析相结合。通过试验获得相关数据及资料,对试验数据具体进行分析,从中找出规律。总结分析,不同纤维掺量对膨胀土胀缩性的影响,完成报告。

2021.12-2022.6:通过查阅国内外相关著作期刊、学位论文、研究报告等,了解有关玄武岩纤维加筋膨胀土在国内外的最新研究动态,深入了解玄武岩纤维加筋膨胀土的发展历程及应用状况。完成试验机器的调试、试验方案的撰写。计划完成率50%。实验地点,在力学实验室进行。

2022.6-2022.10:对玄武岩纤维加筋膨胀土进行试样的制作,通过不同加筋率和不同纤维长度进行力学试验,总结分析对改良后的膨胀土胀缩特性的影响。计划完成率100%。实验地点,在力学实验室进行。

1、项目组成员,已经查阅大量文献,对膨胀土的改良方法有了一定的认识和了解。

2、搜集和阅读课题相关的大量文献,了解课题研究的现状和国内外动态,在此基础上分析人发纤维加筋与膨胀土结合方面胀缩特性研究,并初步确定了本课题的研究思路和计划。

目前,项目组成员对于土工试验方法还不是很熟悉,今后将会通过文献检索、查阅试验视频,请教指导老师提高试验能力。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 3000.00 2100.00 900.00
1. 业务费 2000.00 1600.00 400.00
(1)计算、分析、测试费 0.00 0.00 0.00
(2)能源动力费 1500.00 1300.00 200.00
(3)会议、差旅费 0.00 0.00 0.00
(4)文献检索费 500.00 300.00 200.00
(5)论文出版费 0.00 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 1000.00 500.00 500.00
结束