氣泡混合輕質土路用性能試驗研究

岳新凱，姚 尚，殷世剛

(1.中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230041; 2.淮南市高新投資(集團)有限責任公司,安徽 淮南 232001)

0 引 言

氣泡混合輕質土是一種新型微孔類輕質環保材料，具有輕質性、自立性、自密性、容重和強度可調節性、施工便捷性、保溫隔熱性等特點，可廣泛用于軟基路堤、加寬路堤、陡坡路堤、寒區凍脹路堤、結構頂減荷、橋臺臺背回填、預埋管線回填、空洞充填、塌方快速搶險及各類管線保溫隔熱等領域填筑工程。

氣泡混合輕質土材料應用于路橋橋臺背填充，是一項改變常規橋臺背填筑工藝方法的新型技術。氣泡混合輕質土材料具有密度小、質量輕、強度大于常規回填土、填筑后形成一個整體、抗沖擊性能好、無側向壓力、對地基荷載小等優勢。使用氣泡混合輕質土填筑后，橋臺背處于超固結狀態，由此減少沉降和不均勻沉降、徹底消除臺背路堤填料本身的工后沉降、避免橋頭跳車厲害，具有明顯的技術優勢。

本文依托淮南市山南新區南經十六路快速路工程，根據不同比例的礦物摻合料、氣泡群體積以及水泥用量對不同干密度級別的氣泡混合輕質土吸水率、抗壓強度的影響，為氣泡混合輕質土在實際工程中橋頭段填筑路基的應用提供可靠的試驗參考數據。

1 原材料試驗

本試驗采用的水泥為淮南舜岳水泥有限公司生產的P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，具體的性能指標見表1和表2；粉煤灰來自淮南常華電力實業總公司粉煤灰開發分公司，主要性能見表3；發泡劑來自四川嘉阜泰建筑工程有限公司，其技術指標見表4。

表1 水泥的物理性能指標

表2 水泥的力學性能指標

表3 粉煤灰技術指標

表4 發泡劑性能指標

從以上試驗數據可以看出，以上原材料性能指標能夠滿足相應規范的技術要求，可以作為實體工程的實施的原材料。

2 配合比試驗

配合比中各種材料的用量可通過下列公式的計算：

每立方氣泡混合輕質土的氣泡群體積量應按下式計算：

根據項目實際應用的技術要求，需要氣泡混合輕質土最小容重等級W 6,最小強度等級CF 0.8,因此試驗采用0.8、1.0 MPa兩種設計強度，適配強度采用設計強度的1.05倍，分別為0.84 MPa和1.05 MPa。參照經驗選取兩種水膠比0.47和0.50進行適配，經計算兩種配比具體見表5，兩種配比配置的試件物理力學性質見表6。

表5 兩種水膠比具體配比數據

表6 兩種配比試件物理力學性質

根據兩種配比具體實驗數據，配比A2氣泡混合輕質土試件濕容重為6.4 kN/m3，能夠達到最小容重等級W6的要求，而配比A1氣泡混合輕質土試件濕容重為5.5 kN/m3，不能夠達到最小容重等級W6的要求；兩種配比28 d抗壓強度分別為0.85 MPa、1.07 MPa，均能滿足最小強度等級CF0.8的要求；兩種配比2流動度分別為161 mm、167 mm，滿足氣泡混合輕質土流動度160～200 mm的要求。綜上，配比A2能夠完全滿足實際工程的技術要求。

3 不同齡期強度相關關系分析

為了便于施工質量管理中用7 d的抗壓強度來判斷28 d的抗壓強度，有必要得到28 d強度與7 d強度的相關關系。

采用確定的配比，預制符合規范規定的規格為100 mm×100 mm×100 mm的立方體混凝土試塊，澆筑試模，24 h后脫模，將試件放在標準養護室內的支架上，彼此間隔10～20 mm，試件表面保持潮濕，并不得被水直接沖淋，養護7 d和28 d。根據CJJ T177-2012附錄F所規定的方法測試不同齡期的強度，見表7。

表7 不同齡期強度試驗數據

根據實驗數據結果，對7 d強度與28 d強度數據進行回歸分析，得到兩者之間的相關關系，如圖1所示。

圖1 7d強度與28d強度相關關系圖

兩者基本呈線性相關，相關系數R2為0.8977，相關性良好。因此兩者相關關系式可以用于氣泡輕質土施工質量管理。

4 結 論

本研究通過對氣泡混合輕質土原材料、配合比試驗以及不同齡期強度進行數據處理及相關分析，得到以下結論：

(1)選擇的不同廠家原材料性能指標能夠滿足相依技術指標的要求，可以作為依托實體工程實施的原材料來源。

(2)兩種配比中，配比A1能夠滿足最小強度等級CF0.8的要求，而不能滿足最小容重等級W6的要求，可用于地下水位大于3 m的路基填筑；配比A2則均能滿足最小強度等級CF0.8和最小容重等級W6的要求。本試驗配比水泥∶水∶氣泡群∶粉煤灰=1∶0.667∶2.344∶0.333(氣泡群單位為L)，可滿足依托實體工程的技術要求。

(3)對比兩種配比，可以看出氣泡群的比例是影響氣泡混合輕質土強度和流動性的關鍵因素，氣泡群比例越大，使得最終試件氣孔率越大，氣孔平均間隔越小，導致強度變小；氣泡群比例增大，流動度指標相應變大，而流動性是氣泡混合輕質土泵送施工關鍵指標，施工時應根據現場實際條件調整氣泡群量，以平衡強度指標要求和施工便利性兩者之間關系。

(4)氣泡混合輕質土7 d強度與28 d強度兩者基本呈線性相關關系，相關性良好，兩者相關關系式可以用于氣泡輕質土施工質量管理與管控。