泡沫輕質土在紗帽樞紐工程中的應用研究

2020-06-08 12:02:46曹加府涂家帥

建材世界 2020年2期

關鍵詞：工程

曹加府,王威,涂家帥

(1.中交第二航務工程局有限公司第六工程分公司,武漢430000；2.湖北大學,武漢430062)

近年來,隨著科技的不斷創新和我國總體經濟的飛速發展,汽車車輛總數的大幅提升而帶來的交通量的劇增,使得部分城市道路、高速公路、橋梁路基出現了交通量飽和的現象[1]。部分道路路橋已經無法提供足夠的通行能力和使用壽命來滿足相應的交通量。從公路拓寬改建工程來看,投入使用的改建道路經過長時間的運營使用會逐漸產生沉降現象,而在舊路基的邊緣處,新填充進來的填土材料會在來往車輛的壓力作用下,產生一個額外沉降的現象,進而使得新舊路基存在高度差,最終將引起路基的破壞性變形,導致新舊路基過渡段頻繁發生橋頭跳車等安全問題。因此,迫切需要引入一種新型輕質材料來代替傳統道路路基填料,能在解決上述工程問題的同時,又能節約成本符合環保需求[2]。

泡沫輕質土是一種新型的工程科技材料,具有極其廣泛的發展前景。泡沫輕質土是通過物理攪拌的方法,先將發泡劑水溶液制備成泡沫,然后與水泥、礦物巖石摻合料、水以及其他添加劑、外加劑等按照一定的成分比例混合攪拌,混合均勻后經物理化學作用而形成的一種輕質多孔材料。泡沫輕質土作為一種水泥基多孔材料,其中有大量氣孔存在于泡沫輕質土內,其氣孔的體積占泡沫輕質土的體積比可高到90%。由于泡沫輕質土具備多孔結構,也使得泡沫輕質土的強度遠低于普通混凝土的強度[3]。而泡沫輕質土由于其本身的獨特結構特點使得在具備優良物理特性的同時也存在不少材料缺陷,如當泡沫輕質土經歷含水率驟變時,易出現收縮應力使得材料出現破裂。而更好的耐久性能使泡沫輕質土具有更長的使用壽命和環境適應力,能在未來的實際工程建設中起到更大作用。而耐久性檢測是一項必要的基礎管理工作和必備程序[3-5]。因此,論文通過對現有高性能泡沫輕質土進行模擬環境試驗研究,通過實驗數據來表征材料相關性能并分析其性能是否有所提升并提出合理的建議與展望。

1 泡沫輕質土原材料及制備工藝

1.1 原材料

試驗所用高性能泡沫輕質土成分配料如表1所示。

表1 高性能泡沫輕質土原材料

1.2 制備工藝

高性能泡沫輕質土的制備工藝如圖1所示。

2 泡沫輕質土耐久性試驗研究

將泡沫輕質土進行了凍融循環、干濕循環和碳化的試驗研究,并進行試驗結果分析。

2.1 凍融循環

經過15次凍融循環試驗操作后,試樣表面均未見明顯的損壞,近乎完好,并測試在凍融后試樣的質量損失率與抗壓強度損失率,測試結果如表2所示。

表2 抗凍性能測試結果

通過表2可以看出,試驗所用的泡沫輕質土在凍融循環操作實驗下,前后的質量損失率和抗壓強度損失率均較低。這是因為摻入的鈉水玻璃和花崗巖石粉一方面他們本身就具有不錯的活性,另一方面兩者對硅質材料活性的提高有著疊加作用,這有利于提高反應程度和相關水化產物的生產,使得材料的抗壓強度增大,抗凍能力增強。

2.2 干濕循環

進行干濕循環試驗后,砌塊表面幾乎無破壞,試驗所得結果如表3所示。

表3 干濕循環試驗結果

通過表3中數據可看出在干濕循環作用下,試樣塊得劈裂抗拉強度略有提升,說明該材料有良好的適應能力和更強的抗拉能力。這說明該泡沫輕質土中的宏觀孔的分布較為均勻、平均孔徑與孔隙率的變化起伏不大,總孔隙率有降低趨勢。這是因為在操作試驗中會使未完全水化的反應繼續進行,生成的水化產物填充基體中的微觀孔,提高了試樣的密實度,而宏觀孔的孔隙率變化較小,總的來說總孔隙率降低,因而表現出良好的抗拉強度。

2.3 碳化

泡沫輕質土碳化實驗結果如表4所示。

表4 碳化試驗結果

分析表4數據可以得出,碳化后的泡沫輕質土的抗壓強度呈現略微上升的趨勢,這說明材料具有良好的抗碳化性能。這是因為泡沫輕質土含有一定的堿性物質成分,可以將滲透進來的CO2中和并生成相應的碳酸鹽和水,使得泡沫輕質土堿度降低,因而抗壓強度提升,所以表現出良好的抗碳化性[6]。

3 工程應用

3.1 項目概況

中交二航局紗帽大道交漢洪綜合樞紐工程項目部擬定匝道DK0+284.81～DK0+464.50段路基為輕質混合土首件工程,為了加快路基填筑質量和進度,防止橋頭沉降差異導致跳車問題,該工程對于填高大于3 m 的高填路基段,路基底部3 m 采用素土填筑,上部采用氣泡混合輕質土填筑。其中,K0+420～K0+609.69段氣泡混凝土49 216.7 m3,BK0+000～BK0+090.3氣泡混凝土11 309.3 m3,DK0+284.81～DK0+464.5氣泡混凝土19 924.8 m3,0#臺、B匝道橋臺及D 匝道橋臺氣泡混凝土共10 432.7 m3[7]。