泡沫混凝土的凍融破壞試驗(yàn)研究

李連志，周憲偉，李德海

(黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

0 引 言

泡沫混凝土是具有閉孔孔結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔混凝土，亦稱泡沫混凝土，屬水泥基材料，是由發(fā)泡劑經(jīng)稀釋后產(chǎn)生的氣泡群與水泥、水及可選添加材料按一定配比經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成的。泡沫混凝土具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、低滲透性、高耐久性等特點(diǎn)，多用于采空區(qū)填充、軟基處理、道路加寬、基坑及管線回填等工程中。然而在季凍區(qū)，尤其是黑龍江省泡沫混凝土?xí)簾o(wú)工程應(yīng)用實(shí)例，這主要是因?yàn)獒槍?duì)泡沫混凝土的凍融破壞機(jī)理研究的尚不明確。

本文配置的泡沫混凝土進(jìn)行了浸水飽和凍融循環(huán)試驗(yàn)，并通過(guò)凍融循環(huán)前后的質(zhì)量及強(qiáng)度變化等，提出了泡沫混凝土在季凍區(qū)的工程應(yīng)用對(duì)策，為泡沫混凝土在季凍區(qū)的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試件制備

目前，泡沫混凝土主要應(yīng)用于回填工程中，依據(jù)工程類型和回填部位的不同，泡沫混凝土的重度可在4～14 kN/m3，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度范圍在0.8～5 MPa，本試驗(yàn)采用表1所列的原材料，針對(duì)路基回填用泡沫混凝土分別配置了強(qiáng)度為0.8 MPa，無(wú)摻合料和摻加礦粉的兩種試件，制備成100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件，進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，具體配合比見表2。

表1 原材料

表2 泡沫混凝土配合比

1.2 試驗(yàn)方案及儀器設(shè)備

為探究泡沫混凝土凍融循環(huán)破壞機(jī)理，試驗(yàn)關(guān)注浸水飽后，試件的質(zhì)量和強(qiáng)度變化。具體如下。

(1)測(cè)定試件的初始質(zhì)量及抗壓強(qiáng)度；

(2)測(cè)定試件浸水72 h，飽和后的質(zhì)量及抗壓強(qiáng)度；

(3)本次試驗(yàn)凍融循環(huán)溫度范圍設(shè)定為-20～20 ℃，每次循環(huán)的時(shí)間設(shè)定為4 h；

(4)每5次凍融循環(huán)后，測(cè)定試件的質(zhì)量；

(5)凍融至預(yù)定循環(huán)次數(shù)后，測(cè)定抗壓強(qiáng)度；

(6)取壓碎后試件表面殘片，進(jìn)行電子顯微鏡分析凍融前后的孔隙結(jié)構(gòu)變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果

按照預(yù)定試驗(yàn)方案，進(jìn)行10次凍融循環(huán)后部分試件出現(xiàn)嚴(yán)重破損，完全喪失強(qiáng)度，且與是否摻加礦粉無(wú)關(guān)，剔除破損嚴(yán)重，完全喪失強(qiáng)度的試件，最終完成50次凍融循環(huán)，得出凍融循環(huán)與試件的質(zhì)量和強(qiáng)度的變化關(guān)系，如圖1，圖2所示。

圖1 飽水試件質(zhì)量隨凍融循環(huán)變化關(guān)系曲線

圖2 飽水試件抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)變化關(guān)系曲線

圖3 未摻加礦粉泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度曲線

從圖3中可以看出，泡沫混凝土經(jīng)凍融循環(huán)后，質(zhì)量變化并無(wú)規(guī)律可循，強(qiáng)度變化呈現(xiàn)出隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加逐漸減小的趨勢(shì)，凍融循環(huán)前屬脆性破壞；50次凍融循環(huán)后表現(xiàn)出類似塑性破壞的特點(diǎn)。

3 結(jié) 論

泡沫混凝土經(jīng)凍融循環(huán)后質(zhì)量變化并無(wú)規(guī)律可循，而抗壓強(qiáng)度是隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加急劇降低的，結(jié)合質(zhì)量與抗壓強(qiáng)度的變化分析認(rèn)為泡沫混凝土的凍融破壞主要是物理破壞， 破壞特征也從脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐摹?/p>

同時(shí)，泡沫混凝土的制備和澆筑的均勻性與連續(xù)性對(duì)試件的整體強(qiáng)度影響較大，經(jīng)歷10次凍融循環(huán)，部分試件出現(xiàn)嚴(yán)重剝蝕破壞，完全喪失強(qiáng)度，極有可能是因?yàn)樵谠嚰尚蜁r(shí)其內(nèi)部既有較多的連通孔隙，從而導(dǎo)致在較少的凍融循環(huán)次數(shù)就出現(xiàn)了破壞的現(xiàn)象。

由此可見，泡沫混凝土在飽水凍融循環(huán)后較易破壞，抑制周圍水對(duì)泡沫混凝土的滲透，可大大降低泡沫混凝土的抗凍融性。因此，在季凍區(qū)路基回填結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可通過(guò)合理地設(shè)計(jì)排水溝或布置排水管把融水迅速排除，防止融水滲入是很有必要的；同時(shí)在填充體銜接面處應(yīng)加鋪設(shè)防滲土工膜或防水卷材等隔水材料防止地下水或融化水滲入泡沫混凝土，將對(duì)延長(zhǎng)泡沫混凝土的使用壽命極為有利。