泡沫輕質(zhì)土的環(huán)境耐久性試驗(yàn)研究

李寶，孫吉書，李洪亮

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051;2.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津300401)

泡沫輕質(zhì)土的環(huán)境耐久性試驗(yàn)研究

李寶1，孫吉書2，李洪亮1

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051;2.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津300401)

泡沫輕質(zhì)土是一種廣泛應(yīng)用于路基填筑、坑道回填等方面的輕質(zhì)材料，其環(huán)境耐久性是保證結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵因素。通過干濕循環(huán)試驗(yàn)和凍融試驗(yàn)，系統(tǒng)分析泡沫輕質(zhì)土材料的水穩(wěn)定性和抗凍性能等環(huán)境耐久性技術(shù)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，泡沫輕質(zhì)土的環(huán)境耐久性隨著水泥摻入量的增大而提高，試驗(yàn)范圍內(nèi)泡沫輕質(zhì)土的環(huán)境耐久性良好。

道路工程;泡沫輕質(zhì)土;耐久性;水穩(wěn)定性;凍融

1 試驗(yàn)方案

1.1 泡沫輕質(zhì)土的配合比

本文選用幾種典型配合比的泡沫輕質(zhì)土材料來試驗(yàn)研究其環(huán)境耐久性，配合比如表1所示。

表1 泡沫輕質(zhì)土的配合比(每m3材料用量)

1.2 試驗(yàn)方案

參照相關(guān)試驗(yàn)方法，本文中泡沫輕質(zhì)土環(huán)境耐久性試驗(yàn)試件采用100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件。按照表1中的配合比澆筑成型24 h后拆模，在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，而后進(jìn)行環(huán)境耐久性試驗(yàn)。采用干濕循環(huán)試驗(yàn)來考察泡沫輕質(zhì)土的水穩(wěn)定性，將試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d后，在溫度為50℃的恒溫箱中放置48 h，然后在水中浸泡24 h為一個(gè)周期，測試試件干濕循環(huán)5次后的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與循環(huán)前的無側(cè)向抗壓強(qiáng)度之比值，作為水穩(wěn)定系數(shù)。凍融試驗(yàn)時(shí)，將試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d的，凍結(jié)(－18±2℃)24 h，然后在恒溫恒濕箱(20±2℃)中融解24 h作為一個(gè)周期，經(jīng)過5次循環(huán)之后測定其抗壓強(qiáng)度與循環(huán)前的無側(cè)向抗壓強(qiáng)度之比值，作為凍融定系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水穩(wěn)定性

泡沫輕質(zhì)土用于填筑公路路基，不可避免的可能與水接觸、受到水的侵蝕與干濕循環(huán)作用，這就要求泡沫輕質(zhì)土具有足夠的水穩(wěn)定性，以便在公路工程的整個(gè)使用壽命內(nèi)具有相應(yīng)的耐久性。根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)方法，測得28 d齡期泡沫輕質(zhì)土100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件在經(jīng)過5次干濕循環(huán)前后的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化情況，即水穩(wěn)定系數(shù)來考察泡沫輕質(zhì)土的抗水耐久性。干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 泡沫輕質(zhì)土的干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

從干濕循環(huán)的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，雖然泡沫輕質(zhì)土中含有大量的孔隙，但是其水穩(wěn)定性很好，本文試驗(yàn)配合比的泡沫輕質(zhì)土水穩(wěn)定系數(shù)均大于0.75。同時(shí)，水泥含量對泡沫輕質(zhì)土的水穩(wěn)定性影響顯著，隨著單位體積內(nèi)水泥含量的增大，泡沫輕質(zhì)土的水穩(wěn)定性逐步增強(qiáng)(如圖1所示)，每m3材料的水泥含量提高50 kg時(shí)，材料的水穩(wěn)定系數(shù)約提高6%左右。特別是S4的水穩(wěn)定系數(shù)能夠達(dá)到0.9以上，表明應(yīng)用泡沫輕質(zhì)土填筑軟土地基上的公路路基，可以滿足耐久性的要求。

2.2 凍融性能

在季節(jié)性冰凍地區(qū)，由于泡沫輕質(zhì)土路基會(huì)與水接觸而在冬季冰凍、春季融化，其在凍融循環(huán)作用下的材料力學(xué)特性良好與否，將會(huì)影響到材料的耐久性及公路工程的使用壽命。根據(jù)選定的試驗(yàn)方案，測得泡沫輕質(zhì)土試件在5次凍融循環(huán)前后的抗壓強(qiáng)度，如表3所示。

從凍融循環(huán)的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文試驗(yàn)配合比的泡沫輕質(zhì)土水穩(wěn)定系數(shù)均具有較好的抗凍性能。如圖2所示，泡沫輕質(zhì)土的凍融穩(wěn)定系數(shù)隨著水泥用量的增大而提高，每m3材料的水泥含量提高50 kg時(shí)，材料的凍融穩(wěn)定系數(shù)BDR約提高8%左右，增加水泥摻入量可以改善泡沫輕質(zhì)土的抗凍性能。本文試驗(yàn)范圍內(nèi)的幾種配合比的泡沫輕質(zhì)土均滿足公路工程抗凍性能的要求，滿足季節(jié)性冰凍地區(qū)一般條件下公路工程耐久性的要求。

圖2 水泥用量對凍融穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論

本文通過干濕循環(huán)和凍融試驗(yàn)，得到了泡沫輕質(zhì)土的水穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性等環(huán)境耐久性技術(shù)指標(biāo)，主要結(jié)論如下。

(1)泡沫輕質(zhì)土具有良好的水穩(wěn)定性;隨著單位體積內(nèi)水泥含量的增大，泡沫輕質(zhì)土的水穩(wěn)定性逐步增強(qiáng)，每m3材料的水泥含量提高50 kg時(shí)，材料的水穩(wěn)定系數(shù)約提高6%左右。

(2)泡沫輕質(zhì)土水穩(wěn)定系數(shù)均具有較好的抗凍性能;每m3材料的水泥含量提高50 kg時(shí)，材料的凍融穩(wěn)定系數(shù)BDR約提高8%左右。

(3)本文試驗(yàn)范圍配合比的泡沫輕質(zhì)土環(huán)境耐久性指標(biāo)能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以用于路基填筑。

［1］項(xiàng)小偉.泡沫混凝土在道路拓寬工程中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，(31):190－191.

［2］馮煒，雷學(xué)通，王新岐.現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究［J］.城市道橋與防洪，2013，(5):205－207.

［3］公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程(JTG E30－2005)［S］.北京:人民交通出版社，2005.

［4］公路無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E51－2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

A dissertation on experimental study on the environmental durability of foamed light－weight soil

LI Bao1，SUN Ji－shu2，LI Hong－liang1
(1.Tianjin Municipal Engineering Design＆Research Institute，Tianjin 300051，China;2.School of Civil and Transportation Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China)

Foamed light－weight soil is a kind of lightweight materials that widely used in subgrade filling and tunnel backfill.The environmental durability of foamed light－weight soil is the key factors to ensure the structure service life.Through dry－wet cycle test and freeze－thaw test，the environmental durability of foamed light－weight soil，which include water stability and freeze－thaw stability，were analyzed in this paper.The test results indicate that the environmental durability of foamed light－weight soil would increase with the cement content increasing.The environmental durability of foamed lightweight soil is good.

road engineering;foamed light－weight soil;durability;water stability;freeze thawing

TU416

C

1008－3383(2017)04－0018－02

2016－06－08

李寶(1982－)，男，山東日照人，高級(jí)工程師，主要從事道路工程的設(shè)計(jì)與科研工作。