趙 超

(中交一航局第一工程有限公司，天津 300456)

1 背 景

廣東省三堡至水口公路改擴建工程TJ4標氣泡混合輕質土路基總長度2 071 m，方量63 449.1 m3，最大填筑高度7.8 m。設計文件要求：輕質土容重不大于6.5 kN，無側限抗壓強度不小于0.5 MPa/0.8 MPa。

項目部通過招標選擇合格原材料用于氣泡輕質土施工，材料基本情況見表1。

表1 原材料情況

委托某第三方試驗檢測單位進行氣泡輕質土配合比設計，結果見表2。

表2 外委取得氣泡輕質土配合比參數(shù)

經試生產總結如下：①配合比1：現(xiàn)有設備能正常拌制，抗壓強度較富裕，可以適當優(yōu)化，提高經濟性；②配合比2：水膠比0.588現(xiàn)有設備在水泥凈漿制備環(huán)節(jié)有困難(水泥結團，需長時間攪拌)，影響施工效率，同時遠距離(>400 m)泵送有偶爾輸送泵過熱停機及管道爆裂現(xiàn)象。

第三方檢測單位出具的配合比設計報告未考慮施工單位生產設備性能，可操作性較差。為掌握氣泡輕質土的強度規(guī)律，利用現(xiàn)場生產及工地試驗室試驗設備，參照以往經驗，對氣泡輕質土強度影響因素進行研究，優(yōu)化配合比設計，明確質量控制要點。

2 氣泡輕質土強度影響因素

氣泡輕質土由專用拌和站生產，拌和站主要由四大系統(tǒng)組成。水泥凈漿制備系統(tǒng)由自動計量稱、高速攪拌機、儲料倉、流量計等組成；發(fā)泡群制備系統(tǒng)由空氣壓縮機、發(fā)泡劑泵、流量計等組成；輸送系統(tǒng)由起泡器-凈漿拌和器、輸送泵、管道等組成；控制系統(tǒng)采用基于PLC自動控制系統(tǒng)。

氣泡輕質土是在水泥凈漿中加入一定比例起填充作用的氣泡群形成的微孔類材料，即“輕質土=水泥凈漿+氣泡群”，影響強度主要因素比較明確，分別為水泥凈漿強度和氣泡群摻加比例。

水泥凈漿強度與其水膠比成反比[1]，即水膠比越小，水泥漿硬化后抗壓強度越高。另外，水膠比減少到一定程度后不易攪拌均勻，需采取技術措施，如延長攪拌時間、增加減水劑或提高攪拌速率等。考慮現(xiàn)有氣泡輕質土拌和站生產系統(tǒng)能力及節(jié)約成本(即不采取技術措施)，實測水泥凈漿制備系統(tǒng)在水膠比≥0.65，均能方便制備水泥凈漿，確定本項目氣泡輕質土配合比中水膠比為0.65。

在此水膠比前提下，通過拌和站控制系統(tǒng)設置不同氣泡群摻入量，制作多種不同濕容重輕質土試件，研究氣泡輕質土濕容重與抗壓強度關系。每容重制作3組試件，取3組試件中單組抗壓強度平均值最小的結果作為強度代表值(較保守)，各濕容重輕質土試驗配合比及結果見表3。

表3 不同濕容重輕質土試驗配合比及結果

圖1為濕容重與強度關系曲線。根據上述試驗結果，利用EXCEL軟件進行擬合，求得濕容重-強度經驗公式：

y=0.0213x2+0.0174x (R2=0.9747)

(1)

圖1 濕容重與強度關系曲線

3 基于濕容重-強度經驗公式的配合比設計

3.1 試配抗壓強度

試配抗壓強度應大于設計抗壓強度的1.05倍[2]：

f配=1.05×f設

3.2 濕容重計算

代入式(1)中，求解得到：

濕容重為：x1=4.5894；x2=-5.396(容重為正值，舍去)

3.3 輕質土配合比中材料用量計算

依據《氣泡混合輕質土填筑技術規(guī)程》(CJJ/T177—2012)中相關公式計算：

mc+ mw+ mf=100×x1

(《技術規(guī)程》5.2.1-2)

mc/mw=0.65

(《技術規(guī)程》5.2.4 )

mf=0.05×(1000- mc/ρc- mw/ρw)

(《技術規(guī)程》5.2.6)

經求解，獲得優(yōu)化后輕質土配合比，見表4。

表4 優(yōu)化后氣泡輕質土配合比

注：水泥用量向上取整，水用量向下取整。

4 應用效果

1)經現(xiàn)場實際使用上述氣泡輕質土配合比工作性能較好，平均強度值較設計值富裕，仍有繼續(xù)優(yōu)化的空間。

2)優(yōu)化配合比后單方水泥用量減少約25 kg/m3,累計節(jié)省水泥1 500余t，經濟效益明顯。

3)輕質土制備過程中氣泡群摻加率偶爾會有波動較大現(xiàn)象，直接影響抗壓強度穩(wěn)定性，施工中需嚴格控制發(fā)泡群(mf)流量，并定時抽查輕質土混合物濕容重。

5 建 議

1)本文濕容重-強度經驗公式基于本單位現(xiàn)有生產設備確定，屬于小樣本經驗總結，其他生產設備不宜照搬使用。

2)基于濕容重-強度經驗公式的配合比設計方法滿足《氣泡混合輕質土填筑技術規(guī)程》(CJJ/T 177—2012)的相關規(guī)定，同時在經濟性、可操作性方面具有明顯優(yōu)勢。

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