泡沫輕質土的主要路用性能試驗研究

2016-08-05 03:27:09李洪亮郜澤康

黑龍江交通科技 2016年6期

沈　可，李洪亮，郜澤康

(1. 天津市市政工程設計研究院，天津　300051；2. 河北工業大學，天津　300401)

泡沫輕質土的主要路用性能試驗研究

沈可1，李洪亮1，郜澤康2

(1. 天津市市政工程設計研究院，天津300051；2. 河北工業大學，天津300401)

摘要：泡沫輕質土是一種多孔隙的輕質材料，在公路路基填筑等方面應用廣泛，通過系統的試驗，分析了泡沫輕質土的主要路用性能，包括抗壓強度、剛度、水穩定性和凍融穩定性等，試驗結果表明，泡沫輕質土的強度高、水穩定性和凍融穩定性良好，可以作為高等級公路的路基填筑材料。

關鍵詞：路基工程；泡沫輕質土；強度；水穩定性；凍融；試驗

0引言

泡沫輕質土是用物理方法將發泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經物理化學作用硬化形成的一種輕質材料。由于泡沫輕質土的密度小、用其填筑路基可以有效降低路基填土對地基的附件應力，同時，泡沫輕質土的流動性強、澆筑施工、無需碾壓，在不便使用大型施工機械的場所應用具有巨大優勢。近年來，泡沫輕質土在采空區回填、道路工程、軟弱地基處理、基坑及管線回填和工程應急搶險等方面得到廣泛應用。廣大工程技術人員也進行了許多有益的研究，如：王新岐對泡沫輕質土處理軟土地基橋頭路基進行了試驗研究，分析泡沫輕質土在軟土路基處理中的使用效果。蘇強對路基擴建工程中泡沫輕質土施工質量控制方法進行了系統的研究。劉元煒等人研究了泡沫輕質土用于公路橋梁臺背回填的施工工藝。

通過系統的試驗，首先研究唐津高速公路上應用的兩種泡沫輕質土的強度與剛度特性。同時，由于材料內部多孔隙的存在，泡沫輕質土的在受到水的侵蝕之后的水穩定性，以及經過季節性冰凍地區的冷熱交替之后的強度維持能力，需要深入的研究，在研究強度、剛度指標的基礎上，系統研究泡沫輕質土的水穩定性及凍融穩定性，以期全面考察泡沫輕質土材料的路用性能。

1原材料性質與配合比

1.1原材料的選擇

本次試驗中，水泥采用32.5R水泥，砂采用河砂，發泡劑采用界面活性類發泡劑，發泡倍率約為1 100，水為一般自來水。

1.2泡沫輕質土的配合比

采用唐津高速公路拓寬工程中采用的兩種配合比，如表1 所示。

表1　試驗用泡沫輕質土的配合比

對上述配合比，根據相關方法，測得泡沫輕質土的密度和28 d抗壓強度值，詳見表2。

表2　泡沫輕質土的密度與強度

從表2可知，泡沫輕質土具有滿足填筑路基的要求，同時，其密度很低，是一種良好的輕質材料。

2泡沫輕質土的抗壓強度

根據表1中的配合比，制作10 cm×10 cm×10 cm的泡沫輕質土立方體試件，進行室內標準養護，測得不同齡期的泡沫輕質土無側限抗壓強度，如表3所示。

表3　泡沫輕質土的抗壓強度試驗結果

從表3的試驗結果可以看出，泡沫輕質土具有較高的強度，7 d齡期抗壓強度均大于0.4 MPa，可以作為路基填料。與其它半剛性基層材料類似，泡沫輕質土的抗壓強度隨著齡期的增大而提高，繪出泡沫輕質土抗壓強度隨齡期的變化曲線如圖1所示。

圖1　泡沫輕質土抗壓強度隨齡期的變化曲線

從圖1可知，泡沫輕質土的抗壓強度在成型前期(7 d齡期之前)增長很快，到達28 d齡期時強度逐步穩定，之后緩慢增長，試驗兩種配合比的28 d抗壓強度分別達到了其180 d齡期抗壓強度的62.3%和58.3%。

3泡沫輕質土的抗壓回彈模量

公路路基除了需要具有足夠的強度，以支撐路面結構以及行車荷載以外，還需要具有一定的剛度，以便適應車輛荷載行經時路基不產生過大的變形。根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》中的相關方法，測得表1所示兩種泡沫輕質土90 d、180 d兩種齡期的抗壓回彈模量值如表4所示。

表4　泡沫輕質土的抗壓回彈模量試驗結果

從表4的試驗結果可以看出，泡沫輕質土具有較高的剛度值，其抗壓回彈模量與石灰土相當(400～700 MPa)。

4泡沫輕質土的水穩定性

4.1試驗方法

根據表1中的配合比，制作10 cm×10 cm×10 cm的泡沫輕質土立方體試件，標準養護28 d，而后在室溫條件下自然放置48 h，再將試塊浸泡在水中24 h，定為一個周期，如此經過5個周期干濕循環之后，測定試件的抗壓強度，并與標準養護28 d齡期的抗壓強度(見表2)相比較，以其比值作為水穩定表征值—水穩定系數。

4.2試驗結果與分析

泡沫輕質土的水穩定性試驗結果如表5所示。

表5　泡沫輕質土的水穩定性試驗結果

試驗結果表明，雖然泡沫輕質土中含有大量的孔隙，其水穩定性依然很好，本文試驗的兩種配合比的泡沫輕質土水穩定系數均在0.75以上，表明了材料具有良好的水穩定性。同時，配合比Ⅱ由于含有更多的單位體積水泥，其水穩定性明顯大于配合比Ⅰ，達到了0.837。

5泡沫輕質土的凍融穩定性

5.1試驗方法

參照相關試驗方法，制作φ15 cm×15 cm的圓柱形試件9個/組×2組，標準養護28 d，一組測定其不凍融抗壓強度，另一組進行凍融試驗，養護28 d之后放入-18 ℃±℃的低溫試驗箱凍結16 h，然后放入20 ℃的中融化8 h，定義為一個凍融周期，經過5個周期的凍融之后，測定凍融后泡沫輕質土的抗壓強度，并與標準養生28 d抗壓強度相對比，凍融穩定性的試驗結果如表6所示。