海水循環(huán)侵蝕下路用泡沫混凝土的試驗研究

寧重陽, 李 剛

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 湖南 長沙 410004)

0 引言

1 試驗方案

1.1 試驗材料

本次試驗所選用的原材料：依據(jù)《泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T341—2014)，選用42.5#普通硅酸鹽水泥；泡沫劑在滿足發(fā)泡要求的前提下依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《泡沫混凝土》(JG/ T 266—2011)采用HT復(fù)合發(fā)泡劑；水采用自來水并符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/63—2006)規(guī)定。工程路用泡沫混凝土設(shè)計強(qiáng)度為：28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa，設(shè)計容重為6.0 kN/m3。為保證所制作的泡沫混凝土符合強(qiáng)度和密度要求，通過計算和試配確定泡沫混凝土的配合比，具體參數(shù)如表1所示，本試驗試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，路用泡沫混凝土取自現(xiàn)場澆筑出料口，保證了試驗試塊原料與實際工程的一致性。首先清理潔凈試模，然后涂刷脫模劑，底部脫?？子眉埰采w防漏；澆筑路用泡沫混凝土?xí)r邊澆筑邊輕輕敲擊試模，使得試塊內(nèi)部無大氣泡滯留；為防止路用泡沫混凝土干縮，制模時路用泡沫混凝土澆筑高度須高于?？?，待終凝脫模前用刀刮平。試塊澆筑完成30 h后脫模，放標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d。成型后的試塊如圖1所示。

表1 1m3泡沫混凝土的指標(biāo)和配比設(shè)計容重/(kN·m-3)設(shè)計流動度/mm水泥/kg水/kg泡沫劑/L28 d強(qiáng)度設(shè)計值/MPa6.0180350210677.1>0.8

圖1 泡沫混凝土試塊

1.2 試驗方案

1.2.1浸烘循環(huán)

首先，測量泡沫混凝土試塊的質(zhì)量，然后將試塊浸泡在盛有海水的收納箱中7 h，再將其放入烘箱中，使用SBK-101A-3電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干，調(diào)節(jié)溫度至80 ℃，烘15～16 h后拿出稱重，冷卻至室溫時，再將試塊放入塑料收納箱中浸泡，此時一個浸烘循環(huán)結(jié)束，下一個循環(huán)開始，流程如圖2所示。由于泡沫混凝土試塊的密度低于水的密度，試塊會浮在水面，為了保證每個面都受到浸泡，用塑料板把試塊壓在水面以下。

圖2 浸烘循環(huán)流程

1.2.2浸泡方案

將泡沫混凝土試塊全部或者部分浸泡在海水中，測試試塊的抗壓強(qiáng)度隨浸泡時間的變化。浸泡時間分別為0、30、60、90、120 d，共5組，每組3個試塊，強(qiáng)度取其平均值。其中全泡試樣試塊全部浸沒在海水中，半泡試塊一半在海水中一半裸露在空氣中。

1.2.3抗壓強(qiáng)度試驗

使用電子萬能試驗機(jī)測試試塊的抗壓強(qiáng)度，尺寸為 100 mm×100 mm×100 mm。每間隔10次浸烘循環(huán)測一組試塊強(qiáng)度。浸烘循環(huán)次數(shù)視試塊強(qiáng)度而定， 在試驗過程中觀察試塊侵蝕表面和斷面，研究試塊侵蝕和破壞機(jī)理。

2 浸烘循環(huán)試驗結(jié)果分析

2.1 試件剖面分析

圖3為不同浸烘循環(huán)次數(shù)下泡沫混凝土的剖面圖，其中20次浸烘循環(huán)的侵入深度為0.8 ～1 cm，25次浸烘循環(huán)的侵入深度為1.7 ～2.5 cm。從圖4可以明顯看出，海水的侵入深度隨著浸烘循環(huán)次數(shù)的增加而增加。

a) 0 次浸烘循環(huán)

b)10 次浸烘循環(huán)

c) 20 次浸烘循環(huán)

d)25次浸烘循環(huán)

2.2 浸烘循環(huán)抗壓強(qiáng)度分析

試塊抗壓強(qiáng)度隨浸烘循環(huán)次數(shù)的變化如表2所示。隨著海水浸烘試驗次數(shù)的增加，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度總體上呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。試驗前期試件的抗壓強(qiáng)度變化不明顯，在10～20次浸烘循環(huán)后反而上升，在20次循環(huán)之后抗壓強(qiáng)度才有了明顯降低。如表2所示，在第25次循環(huán)時，抗壓強(qiáng)度最小值為0.20 MPa，此時試塊的抗壓強(qiáng)度降低了70%。這是因為在海水侵入與未侵入界面附近，由于鹽渣和部分混凝土渣的殘留導(dǎo)致在分界面形成較致密的結(jié)構(gòu)，阻止海水的進(jìn)一步侵蝕，同時導(dǎo)致試塊的抗壓強(qiáng)度有所上升。但這種結(jié)構(gòu)不能維持太久，會隨著侵蝕的加深而慢慢破壞，從而使試塊的強(qiáng)度迅速下降。這就可以解釋10～20次浸烘循環(huán)后試塊抗壓強(qiáng)度增加， 20次浸烘循環(huán)后試塊的抗壓強(qiáng)度迅速下降的現(xiàn)象。

表2 浸烘循環(huán)抗壓強(qiáng)度結(jié)果組號浸烘次數(shù)抗壓強(qiáng)度值/MPa1#2#3#100.941.31.352100.600.670.433200.770.730.514250.200.310.265250.310.270.27

2.3 長期浸泡試驗結(jié)果

表3為海水長期浸泡下試塊的抗壓強(qiáng)度變化，圖5為試塊抗壓強(qiáng)度隨浸泡時間變化的曲線，隨著浸泡時間增加，海水浸泡下的泡沫混凝土試塊強(qiáng)度逐漸下降；其中半泡試塊在浸泡120 d后強(qiáng)度下降了26%，全泡試塊在浸泡120 d后強(qiáng)度下降了18%。由此可見，半泡試塊強(qiáng)度下降的速度大于全泡試塊。全泡的泡沫混凝土強(qiáng)度要大于半泡情況下的混凝土強(qiáng)度，原因在于半泡下有一半的混凝土暴露在大氣中，除了承受海水侵蝕作用，裸露下的試件還受到大氣干濕循環(huán)和溫度變化影響，造成試件產(chǎn)生微裂縫，強(qiáng)度下降。

表3 海水長期浸泡試驗數(shù)據(jù)浸泡時間/d組號浸泡方式半泡全泡質(zhì)量/g平均強(qiáng)度/MPa質(zhì)量/g平均強(qiáng)度/MPa01521.41.09521.41.09302857.60.92863.71.016038690.858810.959048840.828820.9212058880.818820.89

圖5 試塊抗壓強(qiáng)度隨時間的變化曲線

圖6為半泡與全泡試塊質(zhì)量與浸泡時間的關(guān)系曲線，可以看出試塊在浸泡前期質(zhì)量增加較快，而后期逐漸趨于穩(wěn)定，質(zhì)量變化幅度較小。

圖6 試塊平均質(zhì)量與浸泡時間的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

1) 海水侵蝕對于泡沫混凝土強(qiáng)度影響較大，前期海水循環(huán)試驗對泡沫混凝土影響較小，在20次海水浸烘循環(huán)試驗后，試塊抗壓強(qiáng)度快速下降，25次浸烘實驗后強(qiáng)度降至0.2 MPa左右。因此在海水環(huán)境下應(yīng)設(shè)周邊保護(hù)層，以免受到海水侵蝕。

2) 由于鹽渣和部分混凝土渣的殘留導(dǎo)致在分界面形成較致密的結(jié)構(gòu)，阻止海水的進(jìn)一步侵蝕，導(dǎo)致10～20次浸烘循環(huán)試塊抗壓強(qiáng)度增加，但20次之后強(qiáng)度迅速下降。

3) 試塊在浸泡前期質(zhì)量增加較快，而后期逐漸趨于穩(wěn)定，質(zhì)量變化幅度較小，半泡試塊強(qiáng)度下降的速度大于全泡試塊。