氣泡混合輕質(zhì)土路用性能試驗(yàn)研究

岳新凱，姚 尚，殷世剛

(1.中鐵四局集團(tuán)第四工程有限公司，安徽 合肥 230041; 2.淮南市高新投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司,安徽 淮南 232001)

0 引 言

氣泡混合輕質(zhì)土是一種新型微孔類(lèi)輕質(zhì)環(huán)保材料，具有輕質(zhì)性、自立性、自密性、容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性、施工便捷性、保溫隔熱性等特點(diǎn)，可廣泛用于軟基路堤、加寬路堤、陡坡路堤、寒區(qū)凍脹路堤、結(jié)構(gòu)頂減荷、橋臺(tái)臺(tái)背回填、預(yù)埋管線回填、空洞充填、塌方快速搶險(xiǎn)及各類(lèi)管線保溫隔熱等領(lǐng)域填筑工程。

氣泡混合輕質(zhì)土材料應(yīng)用于路橋橋臺(tái)背填充，是一項(xiàng)改變常規(guī)橋臺(tái)背填筑工藝方法的新型技術(shù)。氣泡混合輕質(zhì)土材料具有密度小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大于常規(guī)回填土、填筑后形成一個(gè)整體、抗沖擊性能好、無(wú)側(cè)向壓力、對(duì)地基荷載小等優(yōu)勢(shì)。使用氣泡混合輕質(zhì)土填筑后，橋臺(tái)背處于超固結(jié)狀態(tài)，由此減少沉降和不均勻沉降、徹底消除臺(tái)背路堤填料本身的工后沉降、避免橋頭跳車(chē)厲害，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

本文依托淮南市山南新區(qū)南經(jīng)十六路快速路工程，根據(jù)不同比例的礦物摻合料、氣泡群體積以及水泥用量對(duì)不同干密度級(jí)別的氣泡混合輕質(zhì)土吸水率、抗壓強(qiáng)度的影響，為氣泡混合輕質(zhì)土在實(shí)際工程中橋頭段填筑路基的應(yīng)用提供可靠的試驗(yàn)參考數(shù)據(jù)。

1 原材料試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用的水泥為淮南舜岳水泥有限公司生產(chǎn)的P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，具體的性能指標(biāo)見(jiàn)表1和表2；粉煤灰來(lái)自淮南常華電力實(shí)業(yè)總公司粉煤灰開(kāi)發(fā)分公司，主要性能見(jiàn)表3；發(fā)泡劑來(lái)自四川嘉阜泰建筑工程有限公司，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表1 水泥的物理性能指標(biāo)

表2 水泥的力學(xué)性能指標(biāo)

表3 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

表4 發(fā)泡劑性能指標(biāo)

從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，以上原材料性能指標(biāo)能夠滿足相應(yīng)規(guī)范的技術(shù)要求，可以作為實(shí)體工程的實(shí)施的原材料。

2 配合比試驗(yàn)

配合比中各種材料的用量可通過(guò)下列公式的計(jì)算：

每立方氣泡混合輕質(zhì)土的氣泡群體積量應(yīng)按下式計(jì)算：

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)要求，需要?dú)馀莼旌陷p質(zhì)土最小容重等級(jí)W 6,最小強(qiáng)度等級(jí)CF 0.8,因此試驗(yàn)采用0.8、1.0 MPa兩種設(shè)計(jì)強(qiáng)度，適配強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1.05倍，分別為0.84 MPa和1.05 MPa。參照經(jīng)驗(yàn)選取兩種水膠比0.47和0.50進(jìn)行適配，經(jīng)計(jì)算兩種配比具體見(jiàn)表5，兩種配比配置的試件物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表6。

表5 兩種水膠比具體配比數(shù)據(jù)

表6 兩種配比試件物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)兩種配比具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，配比A2氣泡混合輕質(zhì)土試件濕容重為6.4 kN/m3，能夠達(dá)到最小容重等級(jí)W6的要求，而配比A1氣泡混合輕質(zhì)土試件濕容重為5.5 kN/m3，不能夠達(dá)到最小容重等級(jí)W6的要求；兩種配比28 d抗壓強(qiáng)度分別為0.85 MPa、1.07 MPa，均能滿足最小強(qiáng)度等級(jí)CF0.8的要求；兩種配比2流動(dòng)度分別為161 mm、167 mm，滿足氣泡混合輕質(zhì)土流動(dòng)度160～200 mm的要求。綜上，配比A2能夠完全滿足實(shí)際工程的技術(shù)要求。

3 不同齡期強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系分析

為了便于施工質(zhì)量管理中用7 d的抗壓強(qiáng)度來(lái)判斷28 d的抗壓強(qiáng)度，有必要得到28 d強(qiáng)度與7 d強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。

采用確定的配比，預(yù)制符合規(guī)范規(guī)定的規(guī)格為100 mm×100 mm×100 mm的立方體混凝土試塊，澆筑試模，24 h后脫模，將試件放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的支架上，彼此間隔10～20 mm，試件表面保持潮濕，并不得被水直接沖淋，養(yǎng)護(hù)7 d和28 d。根據(jù)CJJ T177-2012附錄F所規(guī)定的方法測(cè)試不同齡期的強(qiáng)度，見(jiàn)表7。

表7 不同齡期強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)7 d強(qiáng)度與28 d強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到兩者之間的相關(guān)關(guān)系，如圖1所示。

圖1 7d強(qiáng)度與28d強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系圖

兩者基本呈線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.8977，相關(guān)性良好。因此兩者相關(guān)關(guān)系式可以用于氣泡輕質(zhì)土施工質(zhì)量管理。

4 結(jié) 論

本研究通過(guò)對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土原材料、配合比試驗(yàn)以及不同齡期強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)分析，得到以下結(jié)論：

(1)選擇的不同廠家原材料性能指標(biāo)能夠滿足相依技術(shù)指標(biāo)的要求，可以作為依托實(shí)體工程實(shí)施的原材料來(lái)源。

(2)兩種配比中，配比A1能夠滿足最小強(qiáng)度等級(jí)CF0.8的要求，而不能滿足最小容重等級(jí)W6的要求，可用于地下水位大于3 m的路基填筑；配比A2則均能滿足最小強(qiáng)度等級(jí)CF0.8和最小容重等級(jí)W6的要求。本試驗(yàn)配比水泥∶水∶氣泡群∶粉煤灰=1∶0.667∶2.344∶0.333(氣泡群?jiǎn)挝粸長(zhǎng))，可滿足依托實(shí)體工程的技術(shù)要求。

(3)對(duì)比兩種配比，可以看出氣泡群的比例是影響氣泡混合輕質(zhì)土強(qiáng)度和流動(dòng)性的關(guān)鍵因素，氣泡群比例越大，使得最終試件氣孔率越大，氣孔平均間隔越小，導(dǎo)致強(qiáng)度變??；氣泡群比例增大，流動(dòng)度指標(biāo)相應(yīng)變大，而流動(dòng)性是氣泡混合輕質(zhì)土泵送施工關(guān)鍵指標(biāo)，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件調(diào)整氣泡群量，以平衡強(qiáng)度指標(biāo)要求和施工便利性兩者之間關(guān)系。

(4)氣泡混合輕質(zhì)土7 d強(qiáng)度與28 d強(qiáng)度兩者基本呈線性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性良好，兩者相關(guān)關(guān)系式可以用于氣泡輕質(zhì)土施工質(zhì)量管理與管控。