天然麦秸秆的吸水性能和拉伸性能

8.3.1　天然麦秸秆的吸水性能和拉伸性能

1．天然麦秸秆的吸水性能

将无茎节和1茎节的天然麦秸秆分别用海水、地下水和自来水浸泡。海水取自塘沽渤海湾，地下水取自天津滨海新区某工地基坑。采用3种水浸泡麦秸秆，主要是对比海水、地下水中的盐分对麦秸秆的吸水率影响如何。浸水时间为1周、2周、3周、4周、6周、8周、12周、16周、20周、24周。

称量每根麦秸秆浸水前、浸水后的质量。在称量浸水后麦秸秆的质量之前，先将麦秸秆内灌入的水甩干净，且不能破坏茎节与两端麦秸秆的连接。然后计算得出麦秸秆的吸水率，试验结果见表8.1、图8.2。

表8.1　天然麦秸秆的吸水率

由表8.1和图8.2可见，麦秸秆分别在海水、地下水、自来水中浸泡后，其吸水率没有明显差异，也就是说，海水和地下水中的盐分对麦秸秆的吸水性没有影响。浸水4周时，吸水率达到最大值，随着浸水时间的延长，麦秸秆的吸水率变化平缓，且略有下降趋势。

从麦秸秆的吸水试验中发现，麦秸秆浸泡在海水和地下水中一段时间以后，表面颜色变暗，而浸泡在自来水中的麦秸秆颜色无明显变化，说明海水和地下水中的物质对麦秸秆产生了影响。麦秸秆在3种水中浸泡12周后，表面开始变黑;直到浸水24周时，部分麦秸秆已经从茎节处断裂，断裂的麦秸秆内部完全变成黑色，说明麦秸秆被水腐蚀。

鉴于麦秸秆加筋土在天津滨海新区的道路工程建设中使用，海水、地下水、自来水对麦秸秆吸水率的影响差异不大，因此，在下面的试验中只考虑地下水浸泡麦秸秆的情况，所提到的浸“水”均指“地下水”。

图8.3为浸泡在海水中天然麦秸秆的吸水率与浸水时间的关系曲线。麦秸秆具有较强的吸水性，浸水1周的吸水率达到了316%，随着浸水时间的延长，吸水率缓慢增加，浸水4周时达到最大值331%，说明麦秸秆浸水4周时基本饱和。

图8.2　天然麦秸秆浸泡在不同水中的吸水率

浸水4周后吸水率逐渐下降，分析其原因为:浸水4周后，地下水开始对麦秸秆发生腐蚀作用，腐蚀后的麦秸秆中某些物质溶解于水，使麦秸秆的质量有所降低，导致浸水后的麦秸秆总质量减小，但计算吸水量时还是以麦秸秆的质量保持不变为基准，误认为吸水量减少，使得吸水率降低。

图8.3　浸泡在海水中天然麦秸秆的吸水率

2．天然麦秸秆的极限拉力和极限延伸率利用微机控制电子万能试验机，对天然麦秸秆的极限拉力和极限延伸率进行测试，以此研究天然麦秸秆的拉伸性能。将麦秸秆保持垂直，将麦秸秆两端夹紧，拉伸前将应力和初始位移调整为零。

1)极限拉力

测试无茎节和1茎节天然麦秸秆的极限拉力和极限延伸率，试验结果见表8.2、表8.3。

表8.2　无茎节天然麦秸秆的极限拉力与极限延伸率

注:0－Y－1中的“0”表示无茎节，“Y”表示天然状态，“1”表示样品编号。

表8.3　1茎节天然麦秸秆的极限拉力与极限延伸率

注:1－Y－3中的“1”表示1茎节，“Y”表示天然状态，“3”表示样品编号。

由表8.2和表8.3得知，无茎节麦秸秆的极限拉力值在70～125 N区间内分布，平均极限拉力为105 N;1茎节麦秸秆的极限拉力值分布在20～70 N之间，平均极限拉力仅为53 N，较无茎节降低了60%。主要原因是无茎节麦秸秆为均质材料，被拉断时断裂面较多地出现在麦秸秆的中部;而1茎节的麦秸秆大多数在茎节处被拉断。这是因为麦秸秆受拉时，最先在麦秸秆的薄弱环节——茎节处断裂(所谓的应力集中点)，此时茎节两端的麦秸秆并没有达到极限拉力，导致1茎节麦秸秆极限拉力和极限延伸率较低。

2)极限延伸率

无茎节麦秸秆的平均极限延伸率为2.30%，而1茎节麦秸秆的平均极限延伸率仅为1.13%，较无茎节降低了51%。

在麦秸秆拉伸过程中，极限延伸率与极限拉力的变化一致。极限延伸率提高，意味着加筋材料与土的协调变形能力增强，能够适应较大的土变形，加筋效果更好。

3．浸水不同时间麦秸秆的极限拉力和极限延伸率

1)极限拉力

分别测试浸水不同时间后无茎节和1茎节天然麦秸秆的极限拉力和极限延伸率，试验结果如表8.4、图8.4所示。

表8.4　浸水后无茎节和1茎节天然麦秸秆的极限拉力与极限延伸率

从表8.4和图8.4可见，随着浸水时间的增加，麦秸秆的极限拉力逐渐减小。浸水4周前，麦秸秆的极限拉力降幅较大，说明此时的麦秸秆正处于吸水阶段。4周后极限拉力降幅相对较小，此时麦秸秆吸水已达到饱和。浸水1周时，无茎节麦秸秆极限拉力为113 N，是1茎节麦秸秆极限拉力的1.88倍;浸水4周时为92 N，是1茎节极限拉力的2.21倍;浸水8周时为80 N，是1茎节极限拉力的2.7倍;浸水12周时为75 N，是1茎节极限拉力的3.2倍。也就是说，浸水时间越长，1茎节麦秸秆与无茎节麦秸秆相比，极限拉力降低幅度较大，这主要是随浸水时间的增加，麦秸秆茎节的联结较容易被腐蚀，使1茎节麦秸秆的抗拉能力明显降低。

图8.4　浸水后无茎节和1茎节天然麦秸秆极限拉力

图8.5　浸水后无茎节和1茎节天然麦秸秆极限延伸率

2)极限延伸率

表8.4和图8.5显示，随浸水时间的延长，麦秸秆的极限延伸率逐渐减小，变化趋势与极限拉力基本相同。浸水前4周，麦秸秆的极限延伸率降幅较大，4周后极限拉力降幅相对较小。浸水1周时，无茎节麦秸秆极限延伸率为2.3%，是1茎节麦秸秆极限延伸率的2.1倍;浸水4周时为1.9%，是1茎节的2.2倍;浸水8周时为1.75%，是1茎节的2.5倍;浸水12周时为1.68%，是1茎节的2.8倍。1茎节麦秸秆与无茎节麦秸秆相比，浸水时间越长，极限延伸率降幅越大，无茎节麦秸秆作为加筋材料的优势就越明显。

比较表8.2、表8.3和表8.4可知，无茎节和1茎节的浸水麦秸秆与天然麦秸秆相比，在浸水初期，极限拉力和极限延伸率变化较小，浸水对麦秸秆的拉伸性能影响不大;浸水4周后，麦秸秆的极限拉力和极限延伸率都明显减小。浸水麦秸秆与天然麦秸秆极限拉力和极限延伸率的对比见表8.5。

表8.5　无茎节和1茎节浸水麦秸秆与天然麦秸秆的极限拉力和极限延伸率的对比

与无茎节麦秸秆相比，随着浸水时间的增加，1茎节麦秸秆的极限拉力和极限延伸率降幅较大，这主要是由于长时间的浸水使麦秸秆茎节处的联结被腐蚀，对1茎节麦秸秆的极限拉力和极限延伸率产生影响。

因此，为解决麦秸秆的防腐问题，应考虑在麦秸秆表面附着一层封闭介质，阻止或减弱麦秸秆与水的接触，进而抑制或减轻细菌等微生物对麦秸秆的腐蚀。采取的方法是，将麦秸秆浸泡在高分子材料——SH胶中，使其表面形成一层胶膜，以提高麦秸秆的抗水性，同时增强麦秸秆的抗拉伸性能。