泡沫轻质土的主要路用性能试验研究

2016-08-05李洪亮郜泽康

黑龙江交通科技 2016年6期

关键词：路基工程冻融强度

沈　可，李洪亮，郜泽康

(1. 天津市市政工程设计研究院，天津　300051；2. 河北工业大学，天津　300401)

泡沫轻质土的主要路用性能试验研究

沈可1，李洪亮1，郜泽康2

(1. 天津市市政工程设计研究院，天津300051；2. 河北工业大学，天津300401)

摘要：泡沫轻质土是一种多孔隙的轻质材料，在公路路基填筑等方面应用广泛，通过系统的试验，分析了泡沫轻质土的主要路用性能，包括抗压强度、刚度、水稳定性和冻融稳定性等，试验结果表明，泡沫轻质土的强度高、水稳定性和冻融稳定性良好，可以作为高等级公路的路基填筑材料。

关键词：路基工程；泡沫轻质土；强度；水稳定性；冻融；试验

0引言

泡沫轻质土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。由于泡沫轻质土的密度小、用其填筑路基可以有效降低路基填土对地基的附件应力，同时，泡沫轻质土的流动性强、浇筑施工、无需碾压，在不便使用大型施工机械的场所应用具有巨大优势。近年来，泡沫轻质土在采空区回填、道路工程、软弱地基处理、基坑及管线回填和工程应急抢险等方面得到广泛应用。广大工程技术人员也进行了许多有益的研究，如：王新岐对泡沫轻质土处理软土地基桥头路基进行了试验研究，分析泡沫轻质土在软土路基处理中的使用效果。苏强对路基扩建工程中泡沫轻质土施工质量控制方法进行了系统的研究。刘元炜等人研究了泡沫轻质土用于公路桥梁台背回填的施工工艺。

通过系统的试验，首先研究唐津高速公路上应用的两种泡沫轻质土的强度与刚度特性。同时，由于材料内部多孔隙的存在，泡沫轻质土的在受到水的侵蚀之后的水稳定性，以及经过季节性冰冻地区的冷热交替之后的强度维持能力，需要深入的研究，在研究强度、刚度指标的基础上，系统研究泡沫轻质土的水稳定性及冻融稳定性，以期全面考察泡沫轻质土材料的路用性能。

1原材料性质与配合比

1.1原材料的选择

本次试验中，水泥采用32.5R水泥，砂采用河砂，发泡剂采用界面活性类发泡剂，发泡倍率约为1 100，水为一般自来水。

1.2泡沫轻质土的配合比

采用唐津高速公路拓宽工程中采用的两种配合比，如表1 所示。

表1　试验用泡沫轻质土的配合比

对上述配合比，根据相关方法，测得泡沫轻质土的密度和28 d抗压强度值，详见表2。

表2　泡沫轻质土的密度与强度

从表2可知，泡沫轻质土具有满足填筑路基的要求，同时，其密度很低，是一种良好的轻质材料。

2泡沫轻质土的抗压强度

根据表1中的配合比，制作10 cm×10 cm×10 cm的泡沫轻质土立方体试件，进行室内标准养护，测得不同龄期的泡沫轻质土无侧限抗压强度，如表3所示。

表3　泡沫轻质土的抗压强度试验结果

从表3的试验结果可以看出，泡沫轻质土具有较高的强度，7 d龄期抗压强度均大于0.4 MPa，可以作为路基填料。与其它半刚性基层材料类似，泡沫轻质土的抗压强度随着龄期的增大而提高，绘出泡沫轻质土抗压强度随龄期的变化曲线如图1所示。

图1　泡沫轻质土抗压强度随龄期的变化曲线

从图1可知，泡沫轻质土的抗压强度在成型前期(7 d龄期之前)增长很快，到达28 d龄期时强度逐步稳定，之后缓慢增长，试验两种配合比的28 d抗压强度分别达到了其180 d龄期抗压强度的62.3%和58.3%。

3泡沫轻质土的抗压回弹模量

公路路基除了需要具有足够的强度，以支撑路面结构以及行车荷载以外，还需要具有一定的刚度，以便适应车辆荷载行经时路基不产生过大的变形。根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的相关方法，测得表1所示两种泡沫轻质土90 d、180 d两种龄期的抗压回弹模量值如表4所示。

表4　泡沫轻质土的抗压回弹模量试验结果

从表4的试验结果可以看出，泡沫轻质土具有较高的刚度值，其抗压回弹模量与石灰土相当(400～700 MPa)。

4泡沫轻质土的水稳定性

4.1试验方法

根据表1中的配合比，制作10 cm×10 cm×10 cm的泡沫轻质土立方体试件，标准养护28 d，而后在室温条件下自然放置48 h，再将试块浸泡在水中24 h，定为一个周期，如此经过5个周期干湿循环之后，测定试件的抗压强度，并与标准养护28 d龄期的抗压强度(见表2)相比较，以其比值作为水稳定表征值—水稳定系数。

4.2试验结果与分析

泡沫轻质土的水稳定性试验结果如表5所示。

表5　泡沫轻质土的水稳定性试验结果

试验结果表明，虽然泡沫轻质土中含有大量的孔隙，其水稳定性依然很好，本文试验的两种配合比的泡沫轻质土水稳定系数均在0.75以上，表明了材料具有良好的水稳定性。同时，配合比Ⅱ由于含有更多的单位体积水泥，其水稳定性明显大于配合比Ⅰ，达到了0.837。

5泡沫轻质土的冻融稳定性

5.1试验方法

参照相关试验方法，制作φ15 cm×15 cm的圆柱形试件9个/组×2组，标准养护28 d，一组测定其不冻融抗压强度，另一组进行冻融试验，养护28 d之后放入-18 ℃±℃的低温试验箱冻结16 h，然后放入20 ℃的中融化8 h，定义为一个冻融周期，经过5个周期的冻融之后，测定冻融后泡沫轻质土的抗压强度，并与标准养生28 d抗压强度相对比，冻融稳定性的试验结果如表6所示。