砂質土壤的EPS顆粒混合輕質土動彈性能研究★

張 存 袁慶娟

(西藏農牧學院，西藏 林芝 860000)

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砂質土壤的EPS顆粒混合輕質土動彈性能研究★

張 存 袁慶娟*

(西藏農牧學院，西藏 林芝 860000)

綜合考慮了砂土與EPS顆粒混合后的影響因素，利用質量法設計了混合輕質土(LCES)的配比計算公式，探討了水泥、EPS、水和砂土的比例關系，提出了最優(yōu)配合比方案，并通過動彈實驗研究，得出了混合輕質土(LCES)隨水泥和EPS含量不同的σd—εd變化規(guī)律。

砂土，EPS顆粒，配合比，動彈性能

0 引言

西藏公路建設中主要面臨的問題為沉降不均勻、凍土和高邊坡滑坡，其中沉降不均勻影響的因素很大，主要因素為土石方挖方和填方的量大，影響地基產生不均勻沉降從而產生裂縫，傳統(tǒng)施工方法采用就近土石方回填，由于密度大和碾壓不密實影響公路的使用壽命。砂土EPS 顆粒混合輕質土是一種密度小、強度高的改性土[1-3]，砂土 EPS顆粒混合輕質土是采用壓實方法進行施工的[4]，研究選取西藏工布江達縣境內的土樣進行試驗，利用擊實來模擬施工現(xiàn)場的壓實度。

1 試驗過程

將土樣用土篩進行顆粒分析試驗，對大于0.075 mm的土采用篩析法，對小于0.075 mm的土采用密度計法，利用環(huán)刀法求得土密度為1.53 g/cm3。 本次試驗采用粒徑為1 mm～4 mm的EPS發(fā)泡球粒。膠凝材料采用28 d ISO膠沙抗壓強度值為35.1 MPa，抗折強度為6.2 MPa的西藏拉薩生產的高爭牌P.C32.5R復合硅酸鹽水泥，實驗室水為尼洋河河水，平均水溫5.5 ℃，空氣濕度70%(試驗時間段為4月～10月)。

2 方案選取

為了保證LCES的強度和骨料之間的潤滑作用，在實驗用水量方面不能只考慮砂土的最優(yōu)含水率，而要實驗設計中綜合考慮水泥、砂土和EPS顆粒的綜合最優(yōu)含水量。試驗設計采用兩次加水方法，第一次用水量考慮砂土的最優(yōu)含水率，第二次用水量考慮水泥水化的需水量。實驗方案選取的水泥和EPS顆粒的重量均按照砂土重量的百分比進行取量，采用2因素3方案的均勻試驗設計方法進行配比設計；將土樣隨機取點拌勻后自然風干，將土樣用木碾碾碎之后過2 mm篩后密封保存?zhèn)溆谩Ｖ苽渫翗樱喝∫欢ǖ募毻羵溆茫瑒t其加水質量計算公式為：

mw=ms·w

(1)

式中：mw——水的質量，g；ms——干土的質量,g；w——含水率,%。

將干土用霧化器噴灑計算的水并拌勻，裝入塑料袋扎緊放置24 h后備用。用輕型擊實的方法測得土干密度ρd=1.5 g/cm3。測定EPS顆粒的密度方法為：1)實驗儀器：500 mL玻璃容量瓶，質量記為m1(g)；2)試驗方法：將一定質量的EPS顆粒倒入容量瓶內，質量記為m2(g)；往容量瓶內注水并來回上下顛倒排除氣泡，倒轉瓶口排出多余的水，最后擦干容器周圍的水并稱出玻璃容量瓶和潤濕的EPS顆粒的總質量，記為m3(g)。EPS顆粒密度計算公式如下：

(2)

利用以上方法可以測出其他試樣的密度，取平均值后可得。LCES試樣的配比以風干土質量為標準，實驗使用的土樣采用自然風干，以保證在整個實驗中的風干土數(shù)據(jù)的唯一不變。試驗用土為軟砂土，其主要特點為高含水量和高流動性，水泥含量百分比參照公路工程中水穩(wěn)墊層的做法，其質量百分比含量控制在20%以內，但是為了保證水泥的水化和凝固作用，水泥含量百分比也不宜小于5%。為了保證工程中試件的強度不發(fā)生大的改變而EPS顆粒也能被充分利用，EPS顆粒的質量百分比取3%～5%。水在制樣時候的作用主要有：

1)使各種材料拌合均勻并具有充分的和易性；2)完成與水泥的水化作用，使水泥具有凝固作用；3)由于西藏水溫均在10 ℃以下，而水泥在水化過程中散發(fā)得熱量保證了LCES強度的提升。LCES的含水率在制樣時都取60%。在試驗中試樣的養(yǎng)護齡期和公路試驗的水穩(wěn)墊層養(yǎng)護天數(shù)一致，取14d的標準養(yǎng)護(溫度(20±2)℃，相對濕度95%以上)。

試驗配比方案見表1。

表1 試驗配比方案 %

試驗采用兩分法進行編號，即LXY的編號方法：如L12即水泥含量α=5%，EPS顆粒含量β=3%的試樣；L23即水泥含量α=10%，EPS顆粒含量β=4%的試樣。為了使LCES和砂土的干密度在試驗中成為唯一不變的量，按照砂土干密度試驗控制的方法進行制樣。砂土的體積計算公式為：

V土=總體積-(V水泥+VEPS)

(3)

式中：V土——土試樣的體積，cm3； V水泥——水泥的體積，cm3； VEPS——EPS顆粒的體積，cm3。

干密度的計算方法如下：假定試件總質量為M，可以分別計算得到土的質量M土、水泥的質量M水泥、EPS顆粒的質量MEPS，根據(jù)ρ水泥和ρEPS換算可得V水泥和VEPS，最終得到干密度計算公式：

ρd=M土/V土

(4)

式中：ρd——土試樣的干密度，g/cm3； M土——土試樣的質量，g； V土——土試樣的體積，cm3。

以其中一組試件(L21)的配比和密度計算方法為代表，說明本實驗的配比計算方法。設LCES試樣總質量為M，則m土=1/1.77M=0.565M，m水泥=0.085M，mEPS=0.011 3M，又已知ρ水泥=1.74g/cm3和ρEPS=0.021g/cm3，換算V水泥=0.049M，VEPS=0.491M。已知模具容積420cm3，由此可推算:

(5)

式中：ρd——土試樣的干密度，g/cm3； M土——試樣的總質量。則M=445g。

3 結果與分析

在公路工程中，路基在動荷載作用下包括兩種變形：即彈性變形和塑性變形。在應變很小的情況下，土體將顯示出近似彈性體的特征。而應變增大的情況下，動荷載引起土體結構改變，將引起土體殘余變形和強度損失。根據(jù)公路工程的壓力實際情況，本次試驗對不同壓力、不同EPS含量和不同水泥含量的三種情況進行了動應力應變分析，其結果分別見圖1～圖3。

4 討論

本次試驗設計了30kPa,60kPa和90kPa三種不同的圍壓，當EPS含量為2%,3%和4%時，壓應力隨水泥含量增加而增加，各項組合離散性均較大，水泥含量對以上三項組合影響均較大。當水泥含量為5%時，壓應力隨水泥含量增加而增加，EPS顆粒圍壓含量百分比對圍壓影響較大。當水泥含量為10%時，圍壓應力隨水泥含量增加而增加，EPS顆粒圍壓含量百分比對圍壓影響較小。當水泥含量為15%時，壓應力隨水泥含量增加而增加，EPS顆粒圍壓含量百分比對圍壓影響較大。

5 結語

通過分析可得到以下結論：

1)孔隙率隨著LCES試樣圍壓的增大而減小，強度隨著圍壓的增大而增大；

2)圍壓和EPS顆粒含量保持不變的情況下，LCES試樣圍壓隨水泥含量的增加而變大；

3)在圍壓不變的前提下，LCES隨著EPS含量的增大而逐漸增大；

4)可得出在水泥含量為10%的情況下，LCES試樣隨圍壓的增大輕度逐漸增大且分區(qū)明顯。

當水泥的摻量超過10%時，則動強度就超過砂土，動強度隨著EPS顆粒含量的增大而減小。

[1] 姬鳳玲.淤泥泡沫塑料顆粒輕質混合土的力學特性研究[D].南京:河海大學,2005.

[2]TSUCHIDATakashi,PORBAHAAli,YAMANENobuyuki.Developmentofageomaterialfromdredgedbaymud[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering,2001(2):152-160.

[3]MIHIHiroshi.Costreductioneffectduetolightweightembankment[A].ProceedingoftheInternationalWorkshoponLightweightGeo-Materials(IW-LGM2002)[C].Tokyo,2002:1-16.

[4] 李明東,朱 偉,馬殿光,等.EPS顆粒混合輕質土的施工技術及其應用實例[J].巖土工程學報,2006,28(4)：533-536.

RollingperformancestudybasedonEPSbeads-mixedlightweightsoilofsandysoil★

ZhangCunYuanQingjuan*

(XizangAgricultureandAnimalHusbandryCollege,Nyingchi860000,China)

Through the proportion influence factor analysis about the sandy soil in Tibet and EPS granule mixture ratio, used mass standard to design the proportion’s calculation formula of EPS beads soil(LCES), obtain the proportional relations about cement, EPS and water and sandy soil, advanced optimum proportion, and the rolling experiments, reach theσd—εdregularities of mix proportion’s changes.

sandy soil, EPS granule, mix proportion, rolling performance

1009-6825(2017)12-0053-02

2017-02-19★：西藏農牧學院青年基金項目資助

張 存(1979- )，男，講師

袁慶娟(1982- )，女，碩士，講師

TU411.8

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