摘要：泡沫輕質土的力學性能受其組成成分的影響。文章通過室內試驗，選定不同配合比的泡沫輕質土，研究其抗壓、彎拉以及疲勞等力學性能，得出不同的配合比條件下泡沫輕質土力學性能的變化規(guī)律。試驗結果表明：試驗條件不變，只改變泡沫輕質土的配合比，其力學性能有著很大的變化;在一定范圍內增加水泥摻量，泡沫輕質土的力學性能也會增強。

關鍵詞：泡沫輕質土;水泥摻量;配合比;力學性能;變化規(guī)律

中圖分類號：U416. 211 文獻標識碼：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 2019. 12.01 8

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0061 - 04

0 引言

泡沫輕質土是一種常見且應用廣泛的輕質工程材料，該材料的制作原料包括氣泡機產(chǎn)生的發(fā)泡劑泡沫、水泥漿、填充料以及外加劑等。這些原材料按照給定的比例混合在一起，會經(jīng)過一系列反應和變化，包括物質之間的化學作用和物理作用，還有自然養(yǎng)護。泡沫輕質土的優(yōu)勢明顯，強度好、流動性強且具輕質性和自立性，就像水泥漿或水泥砂漿與泡沫均勻混合在一起，不僅保溫隔熱，還有環(huán)保功效，且施工方便，是用于代替常規(guī)填土或填充工程材料的不二選擇，因此，在包括道路擴建在內的諸多工程領域都有廣泛的應用[1 -3]。在實際的工程施工中，泡沫輕質土的性能對于整個工程成本的高低、質量的好壞以及工期的長短都有著直接的影響。在泡沫輕質土的制作過程中，固化劑的添加和氣泡、水的添加都要按照特定的比例，且在加入之后要充分攪拌，確?；旌暇鶆颉Ｋ砑拥墓袒瘎┓謨煞N，一種稱之為主劑，一般是水泥，作用在于加強和固結土骨架;另一種稱之為輔劑，一般是粉煤灰或其他細集料，作用在于降低成本，減少主劑的使用量。泡沫輕質土的性能對于工程建設尤為重要，但其性能受組成成分和摻量的直接影響，因此研究不同配合比下泡沫輕質土的性能意義重大。在本文的研究過程中，作者選擇室內試驗法，對選定的4種不同配合比的泡沫輕質土做了力學實驗，得出了泡沫輕質土的性能變化規(guī)律，可作為具體工程施工中的參考依據(jù)。

1 試驗原材料

（1）原材料中硅酸鹽水泥的選用要嚴格符合《普通硅酸鹽水泥》[4]中的標準，選用級別應該在42.5級及以上，且只有密度大約為3 100 kg/m3的普通硅酸鹽水泥才能用于泡沫輕質土。

（2）原材料中粉煤灰的選用要嚴格符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[5]的標準，即粉煤灰必須為F類Ⅱ級，C類的粉煤灰是不允許的，也不能將其作為摻和料用于泡沫輕質土。除此之外，密度方面也要求>2 000 kg/m3，這樣的粉煤灰才能用于泡沫輕質土。對于發(fā)泡劑的要求為：外觀透明，適宜常溫使用，不能有刺激性氣味，常溫狀態(tài)下不能產(chǎn)生沉淀，也不能析出異物，而且是合成類高分子表面活性劑，不能產(chǎn)生有害物質危害環(huán)境。動物蛋白類一律不允許使用。

（3）按照上述要求選擇好原材料，并依據(jù)兩大規(guī)程檢測其物理力學性質，將所得材料的各項參數(shù)列入表1中。其中第一大規(guī)程為《公路工程泡沫混凝土應用技術規(guī)程》[6]附錄A，第二大規(guī)程為《公路工程集料試驗規(guī)程》[7]。

2 試驗方案設計

2.1 泡沫輕質土的配合比

在決定選用何種配合比的泡沫輕質土之前，作者做了大量的試驗來探究。結合多次的試驗結果，最終選用如下4組不同配合比的泡沫輕質土來進一步探究其力學與疲勞特性。具體配合比見表2。

2.2 試驗方案

試驗方案中物件的選用完全符合相應的技術要求和作業(yè)規(guī)范。選用規(guī)格為100 rrrn×100 mm×400 rrrn的小梁作為試驗試件，一方面用于彎拉強度的測試，另一方面用于疲勞試驗的測試。另外，選用邊長為100 mm的立方體作為抗壓強度的試驗試件。接下來選好模型，并按照表1中的配合比澆筑成型后放置24 h。4種配合比的模型在拆模之后均需在選用的標準養(yǎng)護室內放置，直到達到參與試驗所需的齡期。

圖1繪制的是該試驗方案中采用的試件加載示意圖。由圖1可知試驗采用的疲勞試驗方法為三分點加載彎曲法，控制模式為應力控制模式。其中正弦波參數(shù)設置為連續(xù)式10 Hz。最后一項為應力比，依次選擇0.9、0.8、0.7、0.6、0.5。

3 試驗結果分析

3.1 抗壓性能

運用由上述方法選用的材料和試驗方法進行試驗，所得結果匯總于表3，即泡沫輕質土在上述配合比下的抗壓強度。

分析表3試驗結果，不難發(fā)現(xiàn)抗壓強度同水泥用量之間存在著某種關系，水泥用量在原有基礎上增加50 kg時，觀察28 d齡期的泡沫輕質土的抗壓強度，發(fā)現(xiàn)其在原有的基礎上上升了大約15%。由此可見水泥用量與抗壓強度存在正比關系。再觀察養(yǎng)護齡期對于泡沫輕質土的抗壓強度的影響，發(fā)現(xiàn)抗壓強度會隨著養(yǎng)護齡期的增加而增大，而且材料的抗壓強度以養(yǎng)護齡期28 d為分界線，界限之前表現(xiàn)出較快的增長速率，界限之后表現(xiàn)出趨于平緩的增長速率。圖2、圖3繪制了上述兩大因素對抗壓強度的影響規(guī)律。

3.2 彎拉性能

彎拉強度是一個比較重要且應用較廣的技術參數(shù)，路基填筑材料的相關指標中就有這個指標要求，疲勞試驗也要建立在彎拉強度的基礎之上。在疲勞試驗中，試件的齡期統(tǒng)一選擇為90 d，通過改變試件的水泥用量得出試件的彎拉強度。具體的試驗數(shù)據(jù)見表4。

從理論的角度出發(fā)，水泥本身是一種很好的結合料，它的結合會增加原材料內部單位體積的粘結材料，原材料也會隨著內部連接性的增加而增加自身的強度。通過上述試驗也驗證了這一點：第二組試件較第一組增加了50 kg的水泥摻量，其彎拉強度也提升了大約13%，而第三組試件較第二組增加了50 kg的水泥摻量，其彎拉強度也提升了大約13%，第四組在第三組的基礎上也得到了同樣的數(shù)據(jù)。因此，水泥作為泡沫輕質土構成中的固化劑主劑，對泡沫輕質土的強度有著顯著的影響。具體的影響規(guī)律繪制在圖4中。

3.3 疲勞性能

繼續(xù)上述試驗，使用循環(huán)荷載，測出上述各個配合比下的泡沫輕質土所能承受的循環(huán)次數(shù)，并將試驗結果匯總在表5中。

分析表5數(shù)據(jù)可知，當應力比為0.6時，A4泡沫輕質土比A1泡沫輕質土多摻了150 kg的水泥，其承受的循環(huán)荷載次數(shù)也是A1泡沫輕質土的2倍;但當應力比為0.9時，A4泡沫輕質土比Al泡沫輕質土也多摻了150 kg的水泥，其承受的循環(huán)荷載次數(shù)僅為Al泡沫輕質土的1倍。這說明了兩點：（1）泡沫輕質土中的水泥摻入量直接影響其疲勞性能;（2）泡沫輕質土處于低應力時，水泥摻入量對其疲勞性能的影響更大。該試驗結果可應用于實際的工程中，通過摻入水泥的多少來增加材料的強度。同時在符合工程要求的條件下延長材料的使用壽命，縮減原材料的使用量，降低工程的整體造價。

水泥摻量對疲勞壽命的影響規(guī)律繪制在下頁圖5中，應力比對疲勞壽命的影響規(guī)律繪制在下頁圖6中。

分析圖中的直觀數(shù)據(jù)，并結合A1泡沫輕質土可擬合出其疲勞方程如下：

LgNf=9.93 -9. 155S， R2=0. 978 3

（1）

上述方程式中，泡沫輕質土的應力比用S表示;疲勞壽命用Nf表示。

在我國高速公路的建設標準中，所使用的泡沫輕質土在應力方面要求為0. 13 MPa左右，將這個數(shù)據(jù)代入上述的疲勞方程中，結合表5中所列的試驗數(shù)據(jù)，可求得疲勞壽命的估算值，即Ⅳ，=7. 287×107，也就是說，所用泡沫輕質土的疲勞壽命符合我國高速公路的建設標準。

4 結語

在本文中，作者借助試驗的方法深入分析了泡沫輕質土的性能，并對所得試驗數(shù)據(jù)作了具體分析，得出下面三個結論：

（1）為研究泡沫輕質土的抗壓性能，作者設計了泡沫輕質土的抗壓試驗，分析了各個影響因素對于泡沫輕質土抗壓性能的影響規(guī)律，得出了泡沫輕質土的抗壓強度與水泥摻量比例呈正相關的結論。在試驗中觀察到，水泥用量在原有基礎上增加50 kg時，觀察28 d齡期的泡沫輕質土的抗壓強度，發(fā)現(xiàn)其在原有的基礎上上升了大約15%，且抗壓強度會隨著養(yǎng)護齡期的增加而增大，而且材料的抗壓強度以養(yǎng)護齡期28 d為分界線，界限之前表現(xiàn)出較快的增長速率，界限之后表現(xiàn)出趨于平緩的增長速率。

（2）為研究泡沫輕質土的彎拉強度特性，作者設計了泡沫輕質土的彎拉試驗，同樣得出了泡沫輕質土的彎拉強度特性與水泥摻量比例呈正相關的結論。水泥用量在原有基礎上增加so kg時，觀察28 d齡期的泡沫輕質土的彎拉強度，發(fā)現(xiàn)其在原有的基礎上提升了大約1 3%。

（3）為研究泡沫輕質土的彎拉強度特性，作者設計了泡沫輕質土的疲勞試驗，并通過試驗結果列出了疲勞方程。試驗中，當應力比為0.5時，泡沫輕質土在原有基礎上多摻了150 kg的水泥，其承受的循環(huán)荷載次數(shù)提高了3倍。但當應力比為0.8時，泡沫輕質土在原有基礎上多摻了150 kg的水泥，其承受的循環(huán)荷載次數(shù)提高了2倍。結合該數(shù)據(jù)所列的疲勞方程能夠應用于實際工程的設計當中。

參考文獻

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[7]JTGE42 - 2005.公路工程集料試驗規(guī)程[S].

作者簡介：農(nóng)飛比（1984-）.工程碩士，工程師，主要從事公路水運建設市場管理和質量管理工作。