橋梁樁基廢棄泥漿協同工業固廢制備泡沫輕質土室內試驗研究

中圖分類號：U443.15 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.024

文章編號：1673-4874（2025）04-0084-03

0 引言

目前，對橋梁樁基施工產生的廢棄泥漿，主要采取就地風干、填埋、脫水干化后外運等處理方法，存在周期長、成本高、污染環境等不足[1-3]。目前我國粉煤灰、礦渣、鋼渣、赤泥、鋁土尾礦等工業固體廢物面臨著產量巨大、利用效率低等問題4]。此外，我國公路路基差異沉降、橋頭跳車等工程問題較為常見[5。常用的泡沫輕質土主要為水泥泡沫輕質土，水泥消耗量大、造價高，而生產水泥存在污染重、能耗高等環保問題，因而研制高性能綠色低碳的泡沫輕質土十分必要。泡沫輕質土作為一種新型材料，具有節能利廢、輕質高強、不易變形、施工便利等優點。若利用樁基廢棄泥漿協同工業固廢制備泡沫輕質土用于路基修筑，不僅能大量消納廢棄泥漿、資源化利用工業固廢，而且能有效防治軟土路基不均勻沉降、橋頭跳車等工程質量通病，同時減少水泥用量、節省投資、低碳環保，符合國家推進固廢循環利用和促進產業向綠色低碳轉型的發展理念[8-9]。

1試驗材料與方法

1.1 試驗材料

（1）橋梁樁基廢棄泥漿：源自湖北省荊州市某高速公路建設工地。（2）礦粉：采用S95級，源自湖北金盛蘭冶金科技有限公司。（3粉煤灰：采用Ⅱ級粉煤灰，源自湖北華電江陵發電有限公司。（4脫硫石膏：采用發電廠脫硫石膏，來源同粉煤灰。（5）水泥：采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，由湖北京蘭水泥有限公司生產。（6）發泡液：采用河南省鄧州市四通化建有限公司生產的濃縮型水泥發泡劑，加水稀釋50倍而成。（7）拌和水：采用自來水。

1.2 配合比設計

水固比、濕密度是泡沫輕質土的兩個重要配合比參數。參考《公路路基施工技術規范》（JTG/T3610—2019）[10]，結合前期試驗，可知樁基廢棄泥漿協同工業固廢制備泡沫輕質土的水固比宜為 0.40～0.50 濕密度宜為 500～1100kg/m³ 。為研究不同水固比、不同濕密度泥漿固廢泡沫輕質土的性能規律，設計水固比分別為0.40、0.45、050，濕密度分別為 600kg/m³，700kg/m³ 800kg/m³.900kg/m³.1000kg/m³. 共計15組配合比。根據《現澆泡沫輕質土技術規程》（CECS249：2008）[11計算泡沫輕質土中各組分用量，如表1所示。

表1泥漿固廢泡沫輕質土配合比試驗設計方案表

1.3試件制作流程

試件制作流程主要包括各摻料的稱量、泡沫的制備、摻料與泡沫的拌和、抗壓試件的制作與標準養護。具體步驟為：

（1）在常溫環境下，先將樁基廢棄泥漿干料、粉煤灰、礦渣粉、脫硫石膏、水泥、拌和水按設計的配合比進行稱量。（2）將發泡液通過專用發泡機進行發泡，制備均勻、綿密的泡沫備用。（3）通過水泥攪拌機，將各集料與制作的泡沫進行拌和得到均質泡沫土漿料，將其裝入涂抹好礦物油的100mm×100mm×100mm 抗壓三聯試模中。（4）脫模編號后，放入養護箱中進行28d齡期的標準養護，再進行抗壓強度試驗、干濕循環試驗與抗凍性試驗。

1.4 試驗方法

抗壓強度試驗、干濕循環試驗、抗凍性試驗參照《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》（GB/T11969一2020）[12]進行，其中抗壓強度試驗每組測試3個平行試件，后兩項試驗中每組配合比試驗試件、平行試件各1組，每組3個試件，取其均值作為最終試驗結果。

2試驗結果分析

2.1 試驗結果

按照上述配合比設計方案和試驗方法，進行泥漿固廢泡沫輕質土28d抗壓強度試驗、干濕循環試驗與抗凍性試驗。試驗結果如表2所示。

表2泥漿固廢泡沫輕質土試驗結果表

2.2抗壓強度影響分析

水固比、濕密度與泡沫輕質土的力學性能密切相關，根據表2的試驗結果，繪制泥漿固廢泡沫輕質土28d抗壓強度與水固比的關系如圖1所示，與濕密度的關系如圖2所示。

由圖1可知，不同濕密度下的泥漿固廢泡沫輕質土的抗壓強度均隨水固比的增加而降低。原因是隨著水固比的增加，膠凝材料中自由水的含量相對增大，過多的水分蒸發后會降低試件內部的穩定性。同時，水量過多時，在重力作用下泡沫會分散在漿料上層，導致少量分層而影響整體強度。此外，由圖1可知，隨著水固比增加，濕密度為 800～1000kg/m³ 的泥漿固廢泡沫輕質土抗壓強度下降趨勢明顯，而濕密度為 600～700kg/m³ 的抗壓強度變化幅度不大，曲線較為平緩。

圖128d抗壓強度與水固比的關系曲線圖

圖228d抗壓強度與濕密度的關系曲線圖

由圖2可知，泥漿固廢泡沫輕質土的抗壓強度與濕密度呈正相關，濕密度增大，泡沫土的抗壓強度明顯提高。由于濕密度增大，試件中的氣泡率減小，導致成型后試件內部孔隙變少。同時，試件中膠凝材料含量提高，膠凝材料之間的黏結作用增強，使強度提高，在受壓時抵抗破壞的能力增大。

2.3干濕循環影響分析

干濕循環性能用干濕強度系數表示，干濕強度系數是指干濕循環試件與平行試件劈裂抗拉強度的比值。由表2可知，在相同水固比下，泥漿固廢泡沫輕質土干濕強度系數隨濕密度的增加而提高。由于泡沫輕質土濕密度增大導致泡沫體積占比減少，在干縮與濕脹循環作用下結構內部破壞程度相對較小，材料的耐久性能更優。此外，在同一濕密度下，干濕強度系數隨水固比的增大呈減小趨勢。這是由于隨著水固比增加，泡沫占比增大、膠凝材料減少，隨著干濕循環次數增加，干濕切換致使氣孔壁產生裂縫，在水的反復作用下進一步破壞，致使材料整體強度下降。

2.4抗凍性影響分析

抗凍性是指泡沫輕質土在凍融循環作用下抵抗破壞的能力，以質量損失率及抗壓強度損失率來表示。由表2可知，在相同水固比下，泥漿固廢泡沫輕質土的濕密度越大抗凍性越好，質量損失率及抗壓強度損失率隨濕密度的增加而減小。此外，在相同濕密度下，水固比越大抗凍性越差，兩個損失率隨水固比的增加而增大。這是由于泡沫輕質土內部分布著大量不均勻氣孔，可儲存水分。當環境溫度降至零下時，結構內部水分結冰產生凍脹，凍脹壓力過大會破壞氣孔壁。當環境溫度升高后，冰融化成水流出時會帶走內部材料組分，在循環往復作用下結構破壞加速，導致質量及強度下降。

3結語

（1）橋梁樁基廢棄泥漿協同工業固廢制備的泡沫輕質土，其抗壓強度、干濕強度系數、抗凍性與水固比呈負相關，與濕密度呈正相關。

（2）本文設計制備的泥漿固廢泡沫輕質土有多組抗壓強度、流值滿足《公路路基施工技術規范》（JTG/T3610一2019）的要求，干濕循環能力與抗凍性能良好，可根據公路等級、交通荷載等級、路基層位等選用。

（3）利用樁基廢棄泥漿協同礦粉、粉煤灰、脫硫石膏等工業固廢，輔以少量水泥制備的泥漿固廢泡沫輕質土強度可調可控，消耗的泥漿較多，綜合性能優越，為處理廢棄泥漿以及資源化利用工業固廢提供了一種新途徑。

參考文獻

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[12]中國建筑材料聯合會.蒸壓加氣混凝土性能試驗方法：GB/T11969-2020[S.北京：中國標準出版社， 2020：6-13

收稿日期：2024－11-15