孟祥軍

摘要：選用多種原料土制備氣泡輕質(zhì)土，詳細(xì)的研究其物理力學(xué)性能。對(duì)比了不同比例原料土摻入時(shí)濕重度、流動(dòng)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和造價(jià)的差異。結(jié)果表明：以機(jī)制砂制備的氣泡輕質(zhì)土的強(qiáng)度總體上大于河砂、淡化海砂和黏土質(zhì)砂;在保證水固比不變的前提下，增加黏土質(zhì)砂的摻入比例流動(dòng)度增加，而抗壓強(qiáng)度會(huì)減少小;在滿足一定抗壓強(qiáng)度下，選用黏土質(zhì)砂時(shí)的造價(jià)最低。

Abstract： A variety of raw material soils are used to prepare bubble light soil， and their physical and mechanical properties are studied in detail. The differences of wet weight， fluidity， unconfined compressive strength， and cost when different proportions of raw material soils are compared. The results show that the strength of the bubble light soil made from machined sand is generally greater than that of river sand， desalinated sea sand， and clay sand; and under the premise of ensuring that the water-solid ratio is constant， increasing the proportion of clay sand increases the fluidity， but the compressive strength will be reduced; under certain compressive strength， the cost of clay sand is the lowest.

關(guān)鍵詞：氣泡輕質(zhì)土;不同原料土;流動(dòng)度;抗壓強(qiáng)度;造價(jià)對(duì)比

Key words： bubble light soil;different raw material soils;fluidity;compressive strength;cost comparison

中圖分類號(hào)：U416.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）01-0197-03

0 ?引言

氣泡混合輕質(zhì)土是一種新型的建筑材料，它是將一定比例的原料土、水泥、水、氣泡、外加劑混合并攪拌均勻后形成的輕型材料，原料土可以選擇工程廢土、礦渣顆粒等[1]。由于該材料具有輕質(zhì)性、強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性、可泵送和固化后的自立和隔熱保溫性等優(yōu)良特性，在實(shí)際工程建設(shè)中應(yīng)用十分廣泛，如軟土地基處理，路基土回填，寒區(qū)凍土路基隔熱保溫和凍土置換及道路加寬等[2]。自20世紀(jì)80年代末期氣泡混合輕質(zhì)土研制成功以來(lái)[3]，其工程性質(zhì)一直為國(guó)內(nèi)學(xué)者和工程界所關(guān)注。

目前，氣泡輕質(zhì)土在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了大量的研究成果，周云東等[4]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水泥摻量和密實(shí)度是影響氣泡輕質(zhì)土試樣的強(qiáng)度主要因素，并且早期強(qiáng)度受溫差和溫度的共同影響。章?tīng)N林等[5]研究了不同原料土摻入對(duì)物理性能和耐久性的影響。何國(guó)杰等[2]通過(guò)研制不同種類的發(fā)泡劑，選擇黏性土為原料，研究了發(fā)泡劑對(duì)濕重度和強(qiáng)度的影響。在酸堿腐蝕方面，顧達(dá)歡等[6]研究對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性在酸雨作用下的變化。然而，在實(shí)際工程應(yīng)用中，制備氣泡輕質(zhì)土選用的原料土和發(fā)泡劑多數(shù)會(huì)考慮到運(yùn)輸方便和經(jīng)濟(jì)等因素。本文中原料土選用福建地區(qū)的黏土質(zhì)砂、機(jī)制砂、淡化海砂和河砂，發(fā)泡劑選用施工中常見(jiàn)的復(fù)合型發(fā)泡劑，以此來(lái)制備不同配合比下的氣泡輕質(zhì)土，并且測(cè)試其流動(dòng)度和強(qiáng)度等性能，通過(guò)對(duì)比選出最優(yōu)配合比以應(yīng)用于實(shí)際工程中。

1 ?試驗(yàn)

1.1 原材料及儀器

水泥固化劑：建福牌PO42.5普通硅酸鹽水泥，福建永安建福水泥有限公司;

發(fā)泡劑：復(fù)合型發(fā)泡劑，濰坊宏金鎰機(jī)械設(shè)備有限公司;

水：自來(lái)水;

原料土：機(jī)制砂、黏土質(zhì)砂、河砂、淡化海砂。

本次試驗(yàn)的儀器主要包括：WDW-50電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī);JJ-5型水泥砂漿攪拌機(jī);100·100·100mm試模;篩分機(jī);550-8L空氣壓縮機(jī)等。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)的目的是為了滿足工程建筑中的實(shí)際需求并能合理的降低預(yù)算，所制備的氣泡輕質(zhì)土的濕重度為8kN/m3。試驗(yàn)所選取的原材料中包括工程中常做為集料的機(jī)制砂、河砂、黏土質(zhì)砂和淡化海砂。其中以機(jī)制砂、河砂、淡化海砂和黏土質(zhì)砂為原料土的摻入量為0%、25%、33%、40%、50%，所對(duì)應(yīng)的水泥摻量為100%、75%、67%、60%、50%。記機(jī)制砂為A組，河砂為B組，淡化海砂為C組、黏土質(zhì)砂為D組。

水固比是影響流動(dòng)度的一個(gè)重要因素，隨著水固比增大，流動(dòng)度就會(huì)增加。當(dāng)流動(dòng)度超過(guò)200mm，水泥的膠結(jié)作用在未充分發(fā)揮出來(lái)的時(shí)候試樣就已經(jīng)出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，這導(dǎo)致泡沫、水、水泥和砂體的混合物分離。其中機(jī)制砂、河砂、淡化海砂的細(xì)粒組（粒徑<0.075mm）含量較低，吸水性能力較差，所以為了防止出現(xiàn)上述的分層現(xiàn)象和獲得滿足工程建設(shè)中的需求，在適當(dāng)?shù)脑谠黾釉贤恋耐瑫r(shí)降低水固比。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試所選取的水固比分別為0.5、0.43、0.39、0.35、0.32。而由于黏土質(zhì)砂的細(xì)粒組（粒徑<0.075mm）含量為35.5%，增加原料土的比例，但水固比為0.5不變，以研究流動(dòng)度的大小和原料土摻量之間的關(guān)系。具體配合比如表2和表3所示。

1.3 樣品制備流程

本次氣泡混合輕質(zhì)土的制備流程如圖1所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)的配合比稱取一定比例的原料土倒入攪拌機(jī)內(nèi)，再摻入一定量的膠凝材料和減水劑粉末，攪拌2min使其混合均勻，再接著倒入自來(lái)水?dāng)嚢?min使材料均勻混合形成漿料，最后將發(fā)泡劑與自來(lái)水按1∶60的質(zhì)量比稀釋后，用壓縮空氣法使其形成泡沫，再注入攪拌機(jī)，攪拌3-5min使氣泡均勻分散，注意加入泡沫時(shí)要少量多次添加，以防止制備的輕質(zhì)土重度偏小。

將模具涂上油性脫模劑以便脫模，再把制備完成的輕質(zhì)土倒入100×100×100mm的試模中用抹刀刮平（試樣略高于模具）后蓋上保鮮膜且放置在20±2℃室溫下養(yǎng)護(hù)，待24h后脫模，如圖2和圖3所示，并將試件放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行密封養(yǎng)護(hù)至各個(gè)試驗(yàn)所需要的時(shí)間后進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)并記錄，以比較抗壓強(qiáng)度的差異。

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容

1.4.1 流動(dòng)度

流動(dòng)度的大小是氣泡輕質(zhì)土的重要指標(biāo)，將直接影響現(xiàn)場(chǎng)的泵送距離和高度。試驗(yàn)中流動(dòng)度依照《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程CJJ/T177-2012》[6]的規(guī)定測(cè)量，即流動(dòng)度范圍應(yīng)該在180±20mm。流動(dòng)度過(guò)大會(huì)出現(xiàn)上述的分層的現(xiàn)象，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致在攪拌過(guò)程中出現(xiàn)消泡和蜂窩狀塌模。

1.4.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是反映試塊的物理性能和最重要的力學(xué)性能指標(biāo)。本次試驗(yàn)通過(guò)改變輕質(zhì)土制備時(shí)多種原料土的摻入比例，以研究不同因素影響下對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土強(qiáng)度的影響?？箟簭?qiáng)度測(cè)試按照《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程CJJ/T177-2012》進(jìn)行。

2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了防止出現(xiàn)偶然現(xiàn)象導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，每組試驗(yàn)列3組平行試驗(yàn)。試驗(yàn)中測(cè)試的流動(dòng)度、濕重度和養(yǎng)護(hù)至規(guī)定日期后的強(qiáng)度，如表4～表7所示。

2.1 流動(dòng)度結(jié)果分析

在A、B、C三組中，每組的水固比都有在變化，即隨著原料土摻入量的增加，水固比在適量的降低，這樣得到的流動(dòng)度能夠滿足180±20mm的要求。在相同的原料土摻入下的A組、B組、C組的流動(dòng)度均有差異，說(shuō)明輕質(zhì)土試樣的流動(dòng)度受到摻入原料土的影響。

相對(duì)于前三組，黏土質(zhì)砂D組的水固比為0.5，從表6中可以看出流動(dòng)度隨著原料土的比例增加而增大，最小值為179mm，最大值為196mm，均滿足流動(dòng)度的要求。原料土的摻入比例從0%到50%，流動(dòng)度數(shù)值從179mm上升到196mm，變化僅19mm，盡管說(shuō)明黏土質(zhì)砂的吸水性不如水泥好，但是兩者的吸水性相差不大。輕質(zhì)土試樣的流動(dòng)度受到摻入原料土的影響。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

氣泡輕質(zhì)土試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度受到原料土不同和其摻入量的影響，每組的7天強(qiáng)度和28天強(qiáng)度的點(diǎn)線圖，如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可見(jiàn)，盡管A、B、C三組的水固比在變化，但是從整體上看，隨著輕質(zhì)土的摻量增加，相應(yīng)的水泥含量就減少，其強(qiáng)度的明顯降低，原料圖摻入比例是影響抗壓強(qiáng)度的主要因素，這一結(jié)論更可以從水固比不變的D組加以證實(shí)。

就28天強(qiáng)度和7天強(qiáng)化度的比值η來(lái)看，機(jī)制砂的ηA=1.06～1.67，平均值為1.26;河砂的ηb=1.28～1.60，平均值為1.47;淡化海砂的ηc=1.28～1.64，平均值為1.40;黏土質(zhì)砂的ηd=1.28～1.8，平均值為1.52，雖然原料土的摻入不同，但是整體上而言，其分布基本在一定范圍內(nèi)，兩者基本呈線性關(guān)系。用7天強(qiáng)度來(lái)預(yù)估計(jì)28天強(qiáng)度的目的是為了滿足實(shí)際工程的需求，為后續(xù)的試驗(yàn)減少一定的工作量。

3 ?造價(jià)對(duì)比

以路基填筑材料對(duì)強(qiáng)度的要求為例，在路面層以下0～0.8m時(shí)抗壓強(qiáng)度的要求應(yīng)不小于0.8MPa，當(dāng)安全系數(shù)為1.05時(shí)，抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于等于0.84MPa，此時(shí)在上述實(shí)驗(yàn)中的大部分的配合比均滿足強(qiáng)度和流動(dòng)度要求，但以經(jīng)濟(jì)性考慮選取A5、B4、C4、D5進(jìn)行原料土和水泥造價(jià)初步的估計(jì)，如表8所示。

由表8可見(jiàn)，僅估計(jì)了摻入的原料土和水泥的價(jià)格，未涉及其他的因素，這是由于每制備1m3的氣泡輕質(zhì)土所需要的水和發(fā)泡劑的價(jià)格很低，故單從原料土和水泥的總造價(jià)可以看出在滿足抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)度要求的情況下，黏土質(zhì)砂的價(jià)格最低，約為124元/m3。

4 ?結(jié)論

①相同配合比下，以機(jī)制砂為原料土制備的氣泡輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度整體會(huì)高于淡化海砂和河砂。

②相同配合比下，流動(dòng)度大小受到原料土的種類不同的影響，當(dāng)在水固比為0.5不變時(shí)，流動(dòng)性隨著黏土質(zhì)砂摻入比例的增加而增大，但整體變化不大。但是摻入的黏土質(zhì)砂的比例越大，抗壓強(qiáng)度越小。

③28天強(qiáng)度和7天強(qiáng)度的比值η介于1.2～1.6，可以通過(guò)7天強(qiáng)度得出28天強(qiáng)度的參考值。

④通過(guò)對(duì)輕質(zhì)土造價(jià)的對(duì)比可知，摻入50%黏土質(zhì)砂所制備的氣泡輕質(zhì)土即能滿足抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)度的要求，又能使得造價(jià)最低。

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