砂土摻量對泡沫輕質土強度特性的影響研究

汪增武，何玉濤，周　杰

(安徽滁寧高速公路開發有限公司，安徽　滁州　239000)

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砂土摻量對泡沫輕質土強度特性的影響研究

汪增武，何玉濤，周杰

(安徽滁寧高速公路開發有限公司，安徽滁州239000)

汪增武(1971—)，高級工程師，主要從事高速公路建設管理工作；

何玉濤(1973—)，工程師，主要從事高速公路建設管理工作；

周杰(1983—)，工程師，主要從事高速公路建設管理工作。

摘要：文章以水泥、砂、土、發泡劑等為原料，采用化學發泡方法制備高性能、低密度的泡沫混凝土，并研究了不同水泥摻量、砂和土的摻量、養護齡期等對高摻砂量泡沫輕質土無側限抗壓強度的影響。結果表明：在水料比一定時，隨著砂或土用量增加到一定比例，高摻砂量泡沫輕質土的強度會有所降低；相同摻量下，摻加砂的強度明顯比摻加淤泥質黏土的強度大；高摻砂量泡沫輕質土加砂后，其獨特的強度特性需要在一定的時間以后才能顯現得較為明顯。

關鍵詞：泡沫混凝土；砂土；化學發泡；高摻砂量泡沫輕質土；強度

0引言

在水泥漿攪拌過程中或者在水泥漿的澆注過程中以物理或化學的方式引入適量細小氣泡再經養護硬化后得到的多孔性混凝土稱為泡沫混凝土。泡沫混凝土與普通混凝土在組成材料上的最大區別在于泡沫混凝土中沒有普通混凝土中的粗集料，而是含有大量氣泡[1]。泡沫混凝土在公路建設特別是高速公路建設領域有著巨大的需求和廣闊的應用前景。特別是在軟土地基多的地區，軟基上修建的路堤及橋梁涵洞多存在橋涵跳車問題。傳統做法盡管可確保軟基的主固結沉降基本完成，但工后沉降仍然會由次固結引起，問題得不到徹底的解決[2]。制作表觀密度較小的輕質石英砂礦渣-泡沫土填土材料的主要目的是通過減輕施加于地基的附加應力，抑制軟弱地基的破壞和沉降，從根本上解決沉降問題[3]，減少地下結構物所承受的土壓力、提高結構物的使用壽命。在工程中廣泛地應用于擋土墻、地下回填、地基工程等各類土建工程中。

高摻砂量泡沫輕質土的重要特性是輕質、高強，而影響高摻砂量泡沫輕質土強度的主要因素是水泥、砂和土的配合比例以及養護齡期。本試驗以水泥、砂、土、發泡劑等為原料，采用化學發泡方法制備高性能、低密度的泡沫混凝土。研究了不同水泥摻量、砂和土的摻量、養護齡期等對高摻砂量泡沫輕質土的無側限抗壓強度影響。

1試驗概況

1.1　原材料

水泥：采用P·II52.5級硅酸鹽水泥，比表面積376 m2/kg；砂：本實驗采用南京河西地區的砂，通過1 mm、0.5 mm、0.35 mm、0.25 mm、0.1 mm、0.038 mm等6個孔徑大小的篩子進行顆粒級配試驗；減水劑：市售聚羧酸高效減水劑，含固量30%；早強劑：主要成分為MgCl2；化學發泡劑：市售工業過氧化氫，濃度為35%。

1.2　試驗方案

首先進行了一組小型對比試驗，以助于確定接下來的實驗方案。對高摻砂量泡沫輕質土加砂和不加砂進行對比一組試驗，分別測定其3 d、7 d、28 d的無側限抗壓強度，并測定試件的密度及含水率。

取水料比=水的質量/(水泥+砂+土)=0.5保持不變，并將水的質量保持不變，改變水泥、砂以及土的配合比例，進行試驗方案的設計，實驗設計分成四大組試驗：(1)第一組是水泥+泡沫+水；(2)第二組是水泥+泡沫+水+砂；(3)第三組是水泥+泡沫+水+淤泥質土；(4)第四組是水泥+泡沫+水+砂+淤泥質土。并且在后三組方案中控制水泥和砂土的配合比，分別分組實驗，每一組試驗設置3個平行試件，以確保方案的可行性，減少誤差。

要進行的試驗主要是無側限抗壓強度的測試，除此之外還要進行高摻砂量泡沫輕質土試件的密度和含水率的試驗。

水泥的干密度取360 kg/m3，配制1 m3體積試樣的各原材料配比見表1：

表1　實驗方案配合比表

控制水料比均為0.5，配置單位體積的高摻砂量泡沫輕質土，其中原材料混合之后，體積不足部分由泡沫填充。本實驗變量為水泥、砂、土的比例，每個配比制作立方體試件一組3個試件，以3個試樣的無側限抗壓強度平均值作為該配比的抗壓強度值。

2試驗結果與討論

各組試驗在養護齡期為3 d、7 d下的無側限抗壓強度記錄表，見表2~3。

表2　3 d的應力強度記錄表

表3　7 d的應力強度記錄表

(注：33%土的一組由于高摻砂量泡沫輕質土配置時配合比出現錯誤而沒有測無側限抗壓強度，僅僅測了密度和含水率)

對比上述數據進行處理見圖1。

圖1　各組試樣強度與齡期的關系圖

從圖1中可以看出，相同摻量下，輕質土的抗壓強度，摻加砂的強度明顯比摻加淤泥質黏土的強度大。圖1中顯示不加砂的強度很大，這其實主要是水泥的強度作用，實驗中控制水料比相同，增加砂土用量的同時會減少水泥的用量，但隨著砂或土用量增加到一定比例，高摻砂量泡沫輕質土的強度會有所降低，所以實際應用時應該在不減少輕質土強度的同時適量減少水泥用量并增加砂或土用量，以此來節約成本，從而降低強度。在工程設計所需要的材料強度內，可以考慮在泡沫土中摻高量砂，以提高泡沫土的強度。對于各組試樣，養護齡期為7 d的強度明顯大于養護齡期為3 d的強度，齡期對泡沫土強度的影響不容忽視。

現場取不加砂和加砂量為20%的泡沫土試樣，分別養護3 d、7 d、28 d后無側限抗壓強度對比見圖2。從圖2中可以明顯看出加了20%的砂的一組強度明顯比不加砂的強度大很多，尤其是28 d以后的強度差距特別明顯，所以高摻砂量泡沫輕質土加砂以后其獨特的強度特性需要在一定的時間以后才能顯現得非常明顯。

圖2　兩組無側限抗壓強度對比圖

3結語

(1)由摻加淤泥質黏土和摻砂試樣強度試驗的比較可以看出，摻加砂的強度明顯比摻加淤泥質黏土的強度大，所以增加砂的用量是比較合理的，由于實驗中采用的淤泥質土本身強度不夠大而影響了試樣的抗壓強度，對此，可以選取其它種類的土進行進一步的試驗。

(2)實驗中控制水料比相同，增加砂土用量的同時會減少水泥的用量，但隨著砂或土用量增加到一定比例，高摻砂量泡沫輕質土的強度會有所降低，所以實際應用時應該在不減少輕質土強度的同時適量減少水泥用量并增加砂或土用量，以此來節約成本。

(3)加砂20%試樣的強度明顯比不加砂試樣的強度大很多，尤其是28d以后的強度差距特別明顯，所以高摻砂量泡沫輕質土加砂以后其獨特的強度特性需要在一定的時間以后才能顯現得非常明顯。

參考文獻

[1]秦璜，潘志華，呂欽剛.水泥基不燃性輕質保溫材料制備的研究[J].新型建筑材料，2012(4)：27-30.

[2]肖禮經.泡沫水泥輕質土在公路建設中的應用與研究[D].長沙：湖南大學，2003.

[3]劉元煒，梁小光，孫貴新，等.公路橋梁臺背回填泡沫輕質土施工工藝[J].公路，2013(9)：123-126.

[4]CES249：2008，現澆泡沫輕質土技術規程[S].

Research on the Impact of Sand Content on Strength Characteristics of Foamed Light Soil

WANG Zeng-wu，HE Yu-tao，ZHOU Jie

(Anhui Chuning Expressway Development Co.，Ltd.，Chuzhou，Anhui，239000)

Abstract：With the cement，sand，earth，and foaming agents as raw materials，this article prepared the high-performance and low-density foamed concrete by using the chemical foaming process，and stud-ied the impact of different cement，sand and clay content，curing period and other factors on the uncon-fined compressive strength of foamed light soil with high-content sand. The results showed that：under constant ratio of water and materials，when the sand or earth amount increases to certain percentage，the strength of foamed light soil with high-content sand will decrease；at the same mixing amount，the strength after mixing with sand is significantly higher than the strength after mixing with mucky clay；after the foamed light soil with high-content sand is mixed with the sand，its unique strength characteristics can be shown obviously only after a certain time.

Keywords：Foamed concrete；Sandy soil；Chemical foaming；Foamed light soil with high-content sand；Strength

收稿日期：2015-07-05

文章編號：1673-4874(2015)08-0025-03

中圖分類號：U414

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.006

作者簡介