汪增武，何玉濤，周　杰

(安徽滁寧高速公路開發(fā)有限公司，安徽　滁州　239000)

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砂土摻量對(duì)泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)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(fā)有限公司，安徽滁州239000)

汪增武(1971—)，高級(jí)工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作；

何玉濤(1973—)，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作；

周杰(1983—)，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

摘要：文章以水泥、砂、土、發(fā)泡劑等為原料，采用化學(xué)發(fā)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(yǎng)護(hù)齡期等對(duì)高摻砂量泡沫輕質(zhì)土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：在水料比一定時(shí)，隨著砂或土用量增加到一定比例，高摻砂量泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度會(huì)有所降低；相同摻量下，摻加砂的強(qiáng)度明顯比摻加淤泥質(zhì)黏土的強(qiáng)度大；高摻砂量泡沫輕質(zhì)土加砂后，其獨(dú)特的強(qiáng)度特性需要在一定的時(shí)間以后才能顯現(xiàn)得較為明顯。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土；砂土；化學(xué)發(fā)泡；高摻砂量泡沫輕質(zhì)土；強(qiáng)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(xué)的方式引入適量細(xì)小氣泡再經(jīng)養(yǎng)護(hù)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(qū)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(shè)特別是高速公路建設(shè)領(lǐng)域有著巨大的需求和廣闊的應(yīng)用前景。特別是在軟土地基多的地區(qū)，軟基上修建的路堤及橋梁涵洞多存在橋涵跳車問題。傳統(tǒng)做法盡管可確保軟基的主固結(jié)沉降基本完成，但工后沉降仍然會(huì)由次固結(jié)引起，問題得不到徹底的解決[2]。制作表觀密度較小的輕質(zhì)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(yīng)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(jié)構(gòu)物所承受的土壓力、提高結(jié)構(gòu)物的使用壽命。在工程中廣泛地應(yīng)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(zhì)土的重要特性是輕質(zhì)、高強(qiáng)，而影響高摻砂量泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度的主要因素是水泥、砂和土的配合比例以及養(yǎng)護(hù)齡期。本試驗(yàn)以水泥、砂、土、發(fā)泡劑等為原料，采用化學(xué)發(fā)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(yǎng)護(hù)齡期等對(duì)高摻砂量泡沫輕質(zhì)土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響。

1試驗(yàn)概況

1.1　原材料

水泥：采用P·II52.5級(jí)硅酸鹽水泥，比表面積376 m2/kg；砂：本實(shí)驗(yàn)采用南京河西地區(qū)的砂，通過1 mm、0.5 mm、0.35 mm、0.25 mm、0.1 mm、0.038 mm等6個(gè)孔徑大小的篩子進(jìn)行顆粒級(jí)配試驗(yàn)；減水劑：市售聚羧酸高效減水劑，含固量30%；早強(qiáng)劑：主要成分為MgCl2；化學(xué)發(fā)泡劑：市售工業(yè)過氧化氫，濃度為35%。

1.2　試驗(yàn)方案

首先進(jìn)行了一組小型對(duì)比試驗(yàn)，以助于確定接下來的實(shí)驗(yàn)方案。對(duì)高摻砂量泡沫輕質(zhì)土加砂和不加砂進(jìn)行對(duì)比一組試驗(yàn)，分別測(cè)定其3 d、7 d、28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并測(cè)定試件的密度及含水率。

取水料比=水的質(zhì)量/(水泥+砂+土)=0.5保持不變，并將水的質(zhì)量保持不變，改變水泥、砂以及土的配合比例，進(jìn)行試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分成四大組試驗(yàn)：(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(zhì)土；(4)第四組是水泥+泡沫+水+砂+淤泥質(zhì)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(shí)驗(yàn)，每一組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行試件，以確保方案的可行性，減少誤差。

要進(jìn)行的試驗(yàn)主要是無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，除此之外還要進(jìn)行高摻砂量泡沫輕質(zhì)土試件的密度和含水率的試驗(yàn)。

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(shí)驗(yàn)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(zhì)土，其中原材料混合之后，體積不足部分由泡沫填充。本實(shí)驗(yàn)變量為水泥、砂、土的比例，每個(gè)配比制作立方體試件一組3個(gè)試件，以3個(gè)試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值作為該配比的抗壓強(qiáng)度值。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

各組試驗(yàn)在養(yǎng)護(hù)齡期為3 d、7 d下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度記錄表，見表2~3。

表2　3 d的應(yīng)力強(qiáng)度記錄表

表3　7 d的應(yīng)力強(qiáng)度記錄表

(注：33%土的一組由于高摻砂量泡沫輕質(zhì)土配置時(shí)配合比出現(xiàn)錯(cuò)誤而沒有測(cè)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，僅僅測(cè)了密度和含水率)

對(duì)比上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理見圖1。

圖1　各組試樣強(qiáng)度與齡期的關(guān)系圖

從圖1中可以看出，相同摻量下，輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度，摻加砂的強(qiáng)度明顯比摻加淤泥質(zhì)黏土的強(qiáng)度大。圖1中顯示不加砂的強(qiáng)度很大，這其實(shí)主要是水泥的強(qiáng)度作用，實(shí)驗(yàn)中控制水料比相同，增加砂土用量的同時(shí)會(huì)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(zhì)土的強(qiáng)度會(huì)有所降低，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該在不減少輕質(zhì)土強(qiáng)度的同時(shí)適量減少水泥用量并增加砂或土用量，以此來節(jié)約成本，從而降低強(qiáng)度。在工程設(shè)計(jì)所需要的材料強(qiáng)度內(nèi)，可以考慮在泡沫土中摻高量砂，以提高泡沫土的強(qiáng)度。對(duì)于各組試樣，養(yǎng)護(hù)齡期為7 d的強(qiáng)度明顯大于養(yǎng)護(hù)齡期為3 d的強(qiáng)度，齡期對(duì)泡沫土強(qiáng)度的影響不容忽視。

現(xiàn)場(chǎng)取不加砂和加砂量為20%的泡沫土試樣，分別養(yǎng)護(hù)3 d、7 d、28 d后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比見圖2。從圖2中可以明顯看出加了20%的砂的一組強(qiáng)度明顯比不加砂的強(qiáng)度大很多，尤其是28 d以后的強(qiáng)度差距特別明顯，所以高摻砂量泡沫輕質(zhì)土加砂以后其獨(dú)特的強(qiáng)度特性需要在一定的時(shí)間以后才能顯現(xiàn)得非常明顯。

圖2　兩組無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖

3結(jié)語

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

(2)實(shí)驗(yàn)中控制水料比相同，增加砂土用量的同時(shí)會(huì)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(zhì)土的強(qiáng)度會(huì)有所降低，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該在不減少輕質(zhì)土強(qiáng)度的同時(shí)適量減少水泥用量并增加砂或土用量，以此來節(jié)約成本。

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

參考文獻(xiàn)

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

[2]肖禮經(jīng).泡沫水泥輕質(zhì)土在公路建設(shè)中的應(yīng)用與研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2003.

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

[4]CES249：2008，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)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(hào)：1673-4874(2015)08-0025-03

中圖分類號(hào)：U414

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.006

作者簡介