泡沫輕質土的環境耐久性試驗研究

李寶，孫吉書，李洪亮

(1.天津市市政工程設計研究院，天津300051;2.河北工業大學土木與交通學院，天津300401)

泡沫輕質土的環境耐久性試驗研究

李寶1，孫吉書2，李洪亮1

(1.天津市市政工程設計研究院，天津300051;2.河北工業大學土木與交通學院，天津300401)

泡沫輕質土是一種廣泛應用于路基填筑、坑道回填等方面的輕質材料，其環境耐久性是保證結構使用壽命的關鍵因素。通過干濕循環試驗和凍融試驗，系統分析泡沫輕質土材料的水穩定性和抗凍性能等環境耐久性技術指標。試驗結果表明，泡沫輕質土的環境耐久性隨著水泥摻入量的增大而提高，試驗范圍內泡沫輕質土的環境耐久性良好。

道路工程;泡沫輕質土;耐久性;水穩定性;凍融

1 試驗方案

1.1 泡沫輕質土的配合比

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

表1 泡沫輕質土的配合比(每m3材料用量)

1.2 試驗方案

參照相關試驗方法，本文中泡沫輕質土環境耐久性試驗試件采用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，在室內標準養護28 d，而后進行環境耐久性試驗。采用干濕循環試驗來考察泡沫輕質土的水穩定性，將試件標準養生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為一個周期，測試試件干濕循環5次后的無側限抗壓強度與循環前的無側向抗壓強度之比值，作為水穩定系數。凍融試驗時，將試件標準養生28 d的，凍結(－18±2℃)24 h，然后在恒溫恒濕箱(20±2℃)中融解24 h作為一個周期，經過5次循環之后測定其抗壓強度與循環前的無側向抗壓強度之比值，作為凍融定系數。

2 試驗結果與分析

2.1 水穩定性

泡沫輕質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作用，這就要求泡沫輕質土具有足夠的水穩定性，以便在公路工程的整個使用壽命內具有相應的耐久性。根據相關的試驗方法，測得28 d齡期泡沫輕質土100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件在經過5次干濕循環前后的無側限抗壓強度變化情況，即水穩定系數來考察泡沫輕質土的抗水耐久性。干濕循環試驗結果如表2所示。

表2 泡沫輕質土的干濕循環試驗結果

從干濕循環的試驗結果可以看出，雖然泡沫輕質土中含有大量的孔隙，但是其水穩定性很好，本文試驗配合比的泡沫輕質土水穩定系數均大于0.75。同時，水泥含量對泡沫輕質土的水穩定性影響顯著，隨著單位體積內水泥含量的增大，泡沫輕質土的水穩定性逐步增強(如圖1所示)，每m3材料的水泥含量提高50 kg時，材料的水穩定系數約提高6%左右。特別是S4的水穩定系數能夠達到0.9以上，表明應用泡沫輕質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

在季節性冰凍地區，由于泡沫輕質土路基會與水接觸而在冬季冰凍、春季融化，其在凍融循環作用下的材料力學特性良好與否，將會影響到材料的耐久性及公路工程的使用壽命。根據選定的試驗方案，測得泡沫輕質土試件在5次凍融循環前后的抗壓強度，如表3所示。

從凍融循環的試驗結果可以看出，本文試驗配合比的泡沫輕質土水穩定系數均具有較好的抗凍性能。如圖2所示，泡沫輕質土的凍融穩定系數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，材料的凍融穩定系數BDR約提高8%左右，增加水泥摻入量可以改善泡沫輕質土的抗凍性能。本文試驗范圍內的幾種配合比的泡沫輕質土均滿足公路工程抗凍性能的要求，滿足季節性冰凍地區一般條件下公路工程耐久性的要求。

圖2 水泥用量對凍融穩定性的影響

3 結論

本文通過干濕循環和凍融試驗，得到了泡沫輕質土的水穩定性和凍融穩定性等環境耐久性技術指標，主要結論如下。

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

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

(3)本文試驗范圍配合比的泡沫輕質土環境耐久性指標能夠滿足相關標準的要求，可以用于路基填筑。

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

［2］馮煒，雷學通，王新岐.現澆泡沫輕質土力學性能的試驗研究［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規程(JTG E30－2005)［S］.北京:人民交通出版社，2005.

［4］公路無機結合料穩定材料試驗規程(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，高級工程師，主要從事道路工程的設計與科研工作。