曹加府,王 威,涂家?guī)?/p>

(1.中交第二航務(wù)工程局有限公司第六工程分公司,武漢430000；2.湖北大學(xué),武漢430062)

近年來,隨著科技的不斷創(chuàng)新和我國總體經(jīng)濟的飛速發(fā)展,汽車車輛總數(shù)的大幅提升而帶來的交通量的劇增,使得部分城市道路、高速公路、橋梁路基出現(xiàn)了交通量飽和的現(xiàn)象[1]。部分道路路橋已經(jīng)無法提供足夠的通行能力和使用壽命來滿足相應(yīng)的交通量。從公路拓寬改建工程來看,投入使用的改建道路經(jīng)過長時間的運營使用會逐漸產(chǎn)生沉降現(xiàn)象,而在舊路基的邊緣處,新填充進(jìn)來的填土材料會在來往車輛的壓力作用下,產(chǎn)生一個額外沉降的現(xiàn)象,進(jìn)而使得新舊路基存在高度差,最終將引起路基的破壞性變形,導(dǎo)致新舊路基過渡段頻繁發(fā)生橋頭跳車等安全問題。因此,迫切需要引入一種新型輕質(zhì)材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)道路路基填料,能在解決上述工程問題的同時,又能節(jié)約成本符合環(huán)保需求[2]。

泡沫輕質(zhì)土是一種新型的工程科技材料,具有極其廣泛的發(fā)展前景。泡沫輕質(zhì)土是通過物理攪拌的方法,先將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫,然后與水泥、礦物巖石摻合料、水以及其他添加劑、外加劑等按照一定的成分比例混合攪拌,混合均勻后經(jīng)物理化學(xué)作用而形成的一種輕質(zhì)多孔材料。泡沫輕質(zhì)土作為一種水泥基多孔材料,其中有大量氣孔存在于泡沫輕質(zhì)土內(nèi),其氣孔的體積占泡沫輕質(zhì)土的體積比可高到90%。由于泡沫輕質(zhì)土具備多孔結(jié)構(gòu),也使得泡沫輕質(zhì)土的強度遠(yuǎn)低于普通混凝土的強度[3]。而泡沫輕質(zhì)土由于其本身的獨特結(jié)構(gòu)特點使得在具備優(yōu)良物理特性的同時也存在不少材料缺陷,如當(dāng)泡沫輕質(zhì)土經(jīng)歷含水率驟變時,易出現(xiàn)收縮應(yīng)力使得材料出現(xiàn)破裂。而更好的耐久性能使泡沫輕質(zhì)土具有更長的使用壽命和環(huán)境適應(yīng)力,能在未來的實際工程建設(shè)中起到更大作用。而耐久性檢測是一項必要的基礎(chǔ)管理工作和必備程序[3-5]。因此,論文通過對現(xiàn)有高性能泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行模擬環(huán)境試驗研究,通過實驗數(shù)據(jù)來表征材料相關(guān)性能并分析其性能是否有所提升并提出合理的建議與展望。

1 泡沫輕質(zhì)土原材料及制備工藝

1.1 原材料

試驗所用高性能泡沫輕質(zhì)土成分配料如表1所示。

表1 高性能泡沫輕質(zhì)土原材料

1.2 制備工藝

高性能泡沫輕質(zhì)土的制備工藝如圖1所示。

2 泡沫輕質(zhì)土耐久性試驗研究

將泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行了凍融循環(huán)、干濕循環(huán)和碳化的試驗研究,并進(jìn)行試驗結(jié)果分析。

2.1 凍融循環(huán)

經(jīng)過15次凍融循環(huán)試驗操作后,試樣表面均未見明顯的損壞,近乎完好,并測試在凍融后試樣的質(zhì)量損失率與抗壓強度損失率,測試結(jié)果如表2所示。

表2 抗凍性能測試結(jié)果

通過表2可以看出,試驗所用的泡沫輕質(zhì)土在凍融循環(huán)操作實驗下,前后的質(zhì)量損失率和抗壓強度損失率均較低。這是因為摻入的鈉水玻璃和花崗巖石粉一方面他們本身就具有不錯的活性,另一方面兩者對硅質(zhì)材料活性的提高有著疊加作用,這有利于提高反應(yīng)程度和相關(guān)水化產(chǎn)物的生產(chǎn),使得材料的抗壓強度增大,抗凍能力增強。

2.2 干濕循環(huán)

進(jìn)行干濕循環(huán)試驗后,砌塊表面幾乎無破壞,試驗所得結(jié)果如表3所示。

表3 干濕循環(huán)試驗結(jié)果

通過表3中數(shù)據(jù)可看出在干濕循環(huán)作用下,試樣塊得劈裂抗拉強度略有提升,說明該材料有良好的適應(yīng)能力和更強的抗拉能力。這說明該泡沫輕質(zhì)土中的宏觀孔的分布較為均勻、平均孔徑與孔隙率的變化起伏不大,總孔隙率有降低趨勢。這是因為在操作試驗中會使未完全水化的反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,生成的水化產(chǎn)物填充基體中的微觀孔,提高了試樣的密實度,而宏觀孔的孔隙率變化較小,總的來說總孔隙率降低,因而表現(xiàn)出良好的抗拉強度。

2.3 碳化

泡沫輕質(zhì)土碳化實驗結(jié)果如表4所示。

表4 碳化試驗結(jié)果

分析表4數(shù)據(jù)可以得出,碳化后的泡沫輕質(zhì)土的抗壓強度呈現(xiàn)略微上升的趨勢,這說明材料具有良好的抗碳化性能。這是因為泡沫輕質(zhì)土含有一定的堿性物質(zhì)成分,可以將滲透進(jìn)來的CO2中和并生成相應(yīng)的碳酸鹽和水,使得泡沫輕質(zhì)土堿度降低,因而抗壓強度提升,所以表現(xiàn)出良好的抗碳化性[6]。

3 工程應(yīng)用

3.1 項目概況

中交二航局紗帽大道交漢洪綜合樞紐工程項目部擬定匝道DK0+284.81～DK0+464.50段路基為輕質(zhì)混合土首件工程,為了加快路基填筑質(zhì)量和進(jìn)度,防止橋頭沉降差異導(dǎo)致跳車問題,該工程對于填高大于3 m 的高填路基段,路基底部3 m 采用素土填筑,上部采用氣泡混合輕質(zhì)土填筑。其中,K0+420～K0+609.69段氣泡混凝土49 216.7 m3,BK0+000～BK0+090.3氣泡混凝土11 309.3 m3,DK0+284.81～DK0+464.5氣泡混凝土19 924.8 m3,0#臺、B匝道橋臺及D 匝道橋臺氣泡混凝土共10 432.7 m3[7]。

3.2 應(yīng)用情況

氣泡混合輕質(zhì)土材料由氣泡混合輕質(zhì)土智控一體機自動化生產(chǎn),紗帽4樞紐工程泡沫輕質(zhì)土的生產(chǎn)和澆筑施工工藝如圖2～圖5所示。

4 結(jié) 論

a.通過凍融循環(huán)實驗、干濕循環(huán)實驗和碳化實驗來模擬泡沫輕質(zhì)土在實際工程建設(shè)運用中將會遇到的常見復(fù)雜環(huán)境,結(jié)果表明,該工程高性能泡沫輕質(zhì)土具有較好的抗凍性能、抗干濕循環(huán)性能和抗碳化性能。b.生產(chǎn)的泡沫輕質(zhì)土在紗帽大道D 匝道進(jìn)行了的澆筑施工,應(yīng)用效果優(yōu)良。