石灰石粉改性氣泡混合輕質土性能試驗研究

摘要 為了研究石灰石粉對氣泡混合輕質土性能的影響，該試驗在氣泡混合輕質土中分別添加20% ～ 60% 石灰石粉，研究其3 d、7 d、28 d 抗壓強度性能及流動度性能。研究結果表明：摻加石灰石粉后，氣泡混合輕質土的流動度變化不大，其力學性能在3 個齡期均表現出來先提高后下降的趨勢。通過與基準配合比相比較，可以節約成本，對于指導工程應用有良好的經濟和社會效益。

關鍵詞 石灰石粉；氣泡混合輕質土；抗壓強度；流動度；配合比

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）15-0189-03

0 引言

氣泡混合輕質土是指將制備的氣泡群按一定比例加入由水泥、水及可選添加材料制成的漿料中，經混合攪拌、現澆成型的一種微孔類輕質材料[1]。該材料具有輕質、強度可調、流動性高、施工性能良好、耐久性好、隔熱等優點，能有效解決高等級公路軟基路堤中的橋涵跳車、公路路基加寬時新老路基的差異沉降、高填土路堤的穩定性等工程難題，在公路建設領域有著廣泛應用[2]。氣泡混合輕質土中存在著大量空隙，且水膠比一般較大，水泥提供強度的功能弱化，以石灰石粉摻合料替代部分水泥，在滿足工程流動性、強度、容重要求的前提下，更能響應節能環保要求，同時能降低工程造價，有著較好的工程應用價值。

1 試驗

1.1 原材料性能

（1）水泥：該試驗采用廣東廣信水泥有限公司的P.O42.5R，其熟料成分及物理力學性能見表1。

（2）石灰石粉：該試驗采用市面上采購的石灰石粉摻合料，其物理力學性能見表2。（3）發泡劑：該試驗采用市面上采購的發泡劑，其性能見表3。

（4）水：采用試驗室用自來水，符合《混凝土用水標準》（JGJ63—2006）的規定。

1.2 試驗設備

試驗過程用到的主要設備有發泡機、攪拌機、1 L 容量筒及空心圓筒等，見圖1～4。

1.3 工藝流程

氣泡混合輕質土制備過程參照《氣泡混合輕質土填筑技術規程》（CJJ/T 177—2012）標準，整個氣泡混合輕質土的制備流程如圖5 所示。

2 試驗結果與分析

2.1 CF0.8 級氣泡混合輕質土試驗數據

分別記錄表4 中A～F 組配合比的流動度、濕容重以及3 d、7 d、28 d 齡期的抗壓強度試驗數據，結果見表5，序號A 組的氣泡混合輕質土為基準配合比。

從表5 可以發現， 序號B～F 組數據濕密度均在600±50 kg/m3 范圍內，滿足設計要求。在流動性能方面，隨著摻合料摻量從20% 增加至60%，氣泡混合輕質土的流動度基本呈變好趨勢，均能達到200 mm 以上，有較好的施工性能，滿足設計要求。強度性能方面，與基準配合比A 組相比，輕質土的3 d 抗壓強度在石灰石粉摻量不超過40%時，是變好的；在石灰石粉摻量不高于40%時，輕質土的7 d 強度性能也優于基準配合比；輕質土28 d抗壓強度隨著石灰石粉摻量的增加呈現先增加后降低的趨勢，在石灰石粉摻量達到40% 以上時，輕質土的28 d抗壓強度不能滿足配置強度要求。

2.2 CF1.0 級氣泡混合輕質土試驗數據

從表6 可以發現， 序號H～L 組數據濕密度均在650±50 kg/m3 范圍內，滿足設計要求。在流動性能方面，隨著摻合料摻量從20% 增加至60%，氣泡混合輕質土的流動度基本呈變好趨勢，均能達到200 mm 以上，有較好的施工性能，滿足設計要求。強度性能方面，與基準配合比G組相比，石灰石粉摻量不高于40%時，輕質土的3 d 抗壓強度基本接近；在石灰石粉摻量不高于40% 時，輕質土的7 d 強度性能均高于基準配合比；輕質土28 d 抗壓強度隨著石灰石粉摻量的增加呈現先增加后降低的趨勢，石灰石粉摻量30% 時，相比基準配合比抗壓強度提高了18%；在石灰石粉摻量在50% 時，輕質土的28 d抗壓強度不能滿足配置強度要求。

結合表5 數據，可以發現摻合料在一定摻量范圍內，對于改善氣泡輕質混合土的抗壓強度性能是有積極作用的。這可能是因為試驗所選用的摻合料具有優良的填充效應，將其摻入到氣泡混合輕質土后，可以有效提高孔壁密實度，減少孔壁上的膠凝孔隙率，減少微裂縫，大幅提高氣泡混合輕質土的抗壓強度[3]。

結合表5～6 數據，隨著摻合料摻量的增大，氣泡混合輕質土的流動度接近于逐步增大趨勢，這可能是石灰石粉摻入水泥漿體后，優化了顆粒級配分布，有利于降低漿體材料的屈服應力和塑性黏度，從而增加水泥漿體的和易性[4]。

3 氣泡混合輕質土在工程中的應用

G72 泉州至南寧高速公路廣西桂林至柳州段改擴建工程，工程地點位于廣西桂林市永福縣境內，經方案比較和綜合考慮試驗段內路基采用填筑氣泡混合輕質土處填，以減輕路基荷載、不均勻沉降，抑制側移，提高路基穩定性。結合濕密度、抗壓強度、流動度三個指標，最終推薦的配合比見表7。經石灰石粉改性后的氣泡混合輕質土，保留了良好的流動性能和強度性能，同時降低了工程成本，隨著水泥用量的降低，降低了結構物的水化熱，有效地解決了結構物易開裂的問題，減少了表面裂縫，現場效果圖見6。

4 結論

（1）該文研究了氣泡混合輕質土在添加石灰石粉后的力學性能、流動度性能，添加石灰石粉的配合比數據表明，在滿足強度及濕密度要求的前提下，經過配合比設計，能有效改善流動度性能。

（2）在添加量不高于40% 摻量的前提下，輕質土的28 d 強度能滿足技術指標要求。

（3）研究成果成功應用于G72 泉州至南寧高速公路廣西桂林至柳州段改擴建工程，配合比中采用石灰石粉，不僅降低了工程成本，相對于純水泥配合比，現場結構減少了表面裂縫，對氣泡混合輕質土在改擴建工程項目中的應用具有一定的實踐指導意義。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 氣泡混合輕質土填筑技術規程： CJJ/T 177—2012[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2012．

[2] 陳忠平， 王樹林. 氣泡混合輕質土及其應用綜述[J]. 中外公路， 2003（5）： 117-120.

[3] 周志敏. 高強度泡沫混凝土的研究[D]. 長沙：湖南大學， 2011.

[4] 羅棟. 基于全顆粒級配優化的高強大流動性混凝土研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學， 2019.