泡沫轻质土在纱帽枢纽工程中的应用研究

2020-06-08曹加府涂家帅

建材世界 2020年2期

曹加府,王威,涂家帅

(1.中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司,武汉430000；2.湖北大学,武汉430062)

近年来,随着科技的不断创新和我国总体经济的飞速发展,汽车车辆总数的大幅提升而带来的交通量的剧增,使得部分城市道路、高速公路、桥梁路基出现了交通量饱和的现象[1]。部分道路路桥已经无法提供足够的通行能力和使用寿命来满足相应的交通量。从公路拓宽改建工程来看,投入使用的改建道路经过长时间的运营使用会逐渐产生沉降现象,而在旧路基的边缘处,新填充进来的填土材料会在来往车辆的压力作用下,产生一个额外沉降的现象,进而使得新旧路基存在高度差,最终将引起路基的破坏性变形,导致新旧路基过渡段频繁发生桥头跳车等安全问题。因此,迫切需要引入一种新型轻质材料来代替传统道路路基填料,能在解决上述工程问题的同时,又能节约成本符合环保需求[2]。

泡沫轻质土是一种新型的工程科技材料,具有极其广泛的发展前景。泡沫轻质土是通过物理搅拌的方法,先将发泡剂水溶液制备成泡沫,然后与水泥、矿物岩石掺合料、水以及其他添加剂、外加剂等按照一定的成分比例混合搅拌,混合均匀后经物理化学作用而形成的一种轻质多孔材料。泡沫轻质土作为一种水泥基多孔材料,其中有大量气孔存在于泡沫轻质土内,其气孔的体积占泡沫轻质土的体积比可高到90%。由于泡沫轻质土具备多孔结构,也使得泡沫轻质土的强度远低于普通混凝土的强度[3]。而泡沫轻质土由于其本身的独特结构特点使得在具备优良物理特性的同时也存在不少材料缺陷,如当泡沫轻质土经历含水率骤变时,易出现收缩应力使得材料出现破裂。而更好的耐久性能使泡沫轻质土具有更长的使用寿命和环境适应力,能在未来的实际工程建设中起到更大作用。而耐久性检测是一项必要的基础管理工作和必备程序[3-5]。因此,论文通过对现有高性能泡沫轻质土进行模拟环境试验研究,通过实验数据来表征材料相关性能并分析其性能是否有所提升并提出合理的建议与展望。

1 泡沫轻质土原材料及制备工艺

1.1 原材料

试验所用高性能泡沫轻质土成分配料如表1所示。

表1 高性能泡沫轻质土原材料

1.2 制备工艺

高性能泡沫轻质土的制备工艺如图1所示。

2 泡沫轻质土耐久性试验研究

将泡沫轻质土进行了冻融循环、干湿循环和碳化的试验研究,并进行试验结果分析。

2.1 冻融循环

经过15次冻融循环试验操作后,试样表面均未见明显的损坏,近乎完好,并测试在冻融后试样的质量损失率与抗压强度损失率,测试结果如表2所示。

表2 抗冻性能测试结果

通过表2可以看出,试验所用的泡沫轻质土在冻融循环操作实验下,前后的质量损失率和抗压强度损失率均较低。这是因为掺入的钠水玻璃和花岗岩石粉一方面他们本身就具有不错的活性,另一方面两者对硅质材料活性的提高有着叠加作用,这有利于提高反应程度和相关水化产物的生产,使得材料的抗压强度增大,抗冻能力增强。

2.2 干湿循环

进行干湿循环试验后,砌块表面几乎无破坏,试验所得结果如表3所示。

表3 干湿循环试验结果

通过表3中数据可看出在干湿循环作用下,试样块得劈裂抗拉强度略有提升,说明该材料有良好的适应能力和更强的抗拉能力。这说明该泡沫轻质土中的宏观孔的分布较为均匀、平均孔径与孔隙率的变化起伏不大,总孔隙率有降低趋势。这是因为在操作试验中会使未完全水化的反应继续进行,生成的水化产物填充基体中的微观孔,提高了试样的密实度,而宏观孔的孔隙率变化较小,总的来说总孔隙率降低,因而表现出良好的抗拉强度。

2.3 碳化

泡沫轻质土碳化实验结果如表4所示。

表4 碳化试验结果

分析表4数据可以得出,碳化后的泡沫轻质土的抗压强度呈现略微上升的趋势,这说明材料具有良好的抗碳化性能。这是因为泡沫轻质土含有一定的碱性物质成分,可以将渗透进来的CO2中和并生成相应的碳酸盐和水,使得泡沫轻质土碱度降低,因而抗压强度提升,所以表现出良好的抗碳化性[6]。

3 工程应用

3.1 项目概况

中交二航局纱帽大道交汉洪综合枢纽工程项目部拟定匝道DK0+284.81～DK0+464.50段路基为轻质混合土首件工程,为了加快路基填筑质量和进度,防止桥头沉降差异导致跳车问题,该工程对于填高大于3 m 的高填路基段,路基底部3 m 采用素土填筑,上部采用气泡混合轻质土填筑。其中,K0+420～K0+609.69段气泡混凝土49 216.7 m3,BK0+000～BK0+090.3气泡混凝土11 309.3 m3,DK0+284.81～DK0+464.5气泡混凝土19 924.8 m3,0#台、B匝道桥台及D 匝道桥台气泡混凝土共10 432.7 m3[7]。